JP2006269855A

JP2006269855A - Optical fiber amplifier

Info

Publication number: JP2006269855A
Application number: JP2005087593A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Okamoto; 英之岡本; Shigeki Sakaguchi; 茂樹坂口
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber amplifier with a means for detecting input signal interruption without causing loss of input signals, and a means for controlling a driving current of an excitation light source by using the detection results in the optical fiber amplifier. <P>SOLUTION: The optical fiber amplifier is composed by multiplexing excitation light and signal light to an optical amplification fiber. The optical fiber amplifier is provided with a light branching device having a means for extracting spontaneous emission light (ASE light) excluding a signal light wavelength band at least, in either of the pre-stage and the post-stage of the optical amplification fiber. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバ増幅器に使用される入力信号パワーの検出手段に関するものである。 The present invention relates to a means for detecting input signal power used in an optical fiber amplifier.

光ファイバ増幅器の出力や利得出力を制御するためには、入力パワーおよび出力パワーを検出するとともに、励起光源の電流を制御する必要がある。公知手段としては、出力パワーと入力パワーの比が一定になるように励起光源の駆動電流を制御する利得一定制御回路を使用するものがある（例えば特許文献１）。また、光ファイバ増幅器からの出力パワーが一定になるように励起光源の駆動電流を制御する出力一定回路を使用するものがある（例えば特許文献２）。出力一定制御回路を使用する場合、光ファイバ増幅器への入力信号光が断となった場合、出力パワーが減少するため、制御回路は励起光源の駆動電流を増大させる。不必要な駆動電流の増大は、励起光源の寿命を短くするとともに、復帰時にはＱスイッチに類似した効果によって光部品の損傷を招く可能性がある。このため、出力パワーの制御を行う際には、無信号入力状態の検出を行い、励起光源の駆動電流を低下させる必要がある。無信号状態の検出手段としては、図４のように入力信号の一部を直接分岐させてフォトダイオード（ＰＤ）で検出し、信号の有無を判断する方法が知られている（例えば特許文献３）。
特許第２６８７８６１号公報特許第２６０５９６９号公報特許第３０５０２３７号公報 In order to control the output and gain output of the optical fiber amplifier, it is necessary to detect the input power and the output power and to control the current of the pumping light source. As a known means, there is one that uses a constant gain control circuit that controls the drive current of the excitation light source so that the ratio between the output power and the input power is constant (for example, Patent Document 1). Another technique uses a constant output circuit that controls the drive current of the pumping light source so that the output power from the optical fiber amplifier is constant (for example, Patent Document 2). When the output constant control circuit is used, the output power is reduced when the input signal light to the optical fiber amplifier is cut off, so that the control circuit increases the drive current of the excitation light source. Unnecessary increase in drive current shortens the lifetime of the excitation light source, and may cause damage to the optical component due to an effect similar to the Q switch at the time of return. For this reason, when controlling the output power, it is necessary to detect the no-signal input state and reduce the drive current of the excitation light source. As a non-signal state detecting means, a method is known in which a part of an input signal is directly branched and detected by a photodiode (PD) as shown in FIG. ).
Japanese Patent No. 2687861 Japanese Patent No. 2605969 Japanese Patent No. 3050237

しかし、上記の図４のような構成の場合、入力信号の一部を分岐して入力側ＰＤ８で受光しているため、入力信号にロスが生じ、その結果、光ファイバ増幅器の雑音指数を劣化させる。さらに、励起された増幅用ファイバ4からは、双方向に自然放出光（ＡＳＥ光）が放出されているため、入力側の光検出器であるＰＤ8および出力側の光検出器であるＰＤ11へ混入する。特に、入力側ＰＤ8では、混入した自然放出光（ＡＳＥ光）が入力信号パワーよりも大きい場合には、入力信号モニタが不可能となる。従って、増幅ファイバ前段で小信号入力を検出するためには、増幅用ファイバ4から入力側ＰＤ8のアイソレーションを十分にとる必要があり、構成が複雑になる。複雑な構成は、高価であるとともに損失の増加を伴うため、光ファイバ増幅器の雑音指数を劣化させてしまうという問題があった。 However, in the case of the configuration as shown in FIG. 4 above, since a part of the input signal is branched and received by the input side PD 8, a loss occurs in the input signal, resulting in degradation of the noise figure of the optical fiber amplifier. Let Further, spontaneous emission light (ASE light) is emitted from the excited amplification fiber 4 in both directions, so that it is mixed into PD8 which is an input side photodetector and PD11 which is an output side photodetector. To do. In particular, in the input side PD8, when the mixed spontaneous emission light (ASE light) is larger than the input signal power, the input signal cannot be monitored. Therefore, in order to detect a small signal input in the previous stage of the amplification fiber, it is necessary to sufficiently isolate the input side PD 8 from the amplification fiber 4 and the configuration becomes complicated. Since the complicated configuration is expensive and increases the loss, there is a problem that the noise figure of the optical fiber amplifier is deteriorated.

本発明は、光増幅ファイバに励起光および信号光を合波してなる光ファイバ増幅器において、該光増幅ファイバの前段および後段のうち少なくとも片方おいて、信号光波長帯域を除く自然放出光（ＡＳＥ光）を抽出する手段を有する光分岐器を具備したことを特徴とする光ファイバ増幅器である。 The present invention relates to an optical fiber amplifier in which pumping light and signal light are combined with an optical amplifying fiber, and at least one of a front stage and a rear stage of the optical amplifying fiber, spontaneous emission light (ASE) excluding a signal light wavelength band. An optical fiber amplifier comprising an optical branching unit having means for extracting (light).

また、上記光分岐器により抽出された信号波長帯域を除く自然放出光（ＡＳＥ光）を光検出器によって検出し、該光検出器の出力によって信号光の入力断を検出することを特徴とする上記の光ファイバ増幅器である。 In addition, spontaneous emission light (ASE light) excluding the signal wavelength band extracted by the optical branching unit is detected by a photodetector, and an input interruption of the signal light is detected by an output of the photodetector. It is said optical fiber amplifier.

また、上記光検出器の出力が所定の値に達した場合には、該光増幅ファイバへの励起光の供給を抑制または停止する制御機能を具備したことを特徴とする上記の光ファイバ増幅器である。 The optical fiber amplifier further comprises a control function for suppressing or stopping the supply of pumping light to the optical amplifying fiber when the output of the photodetector reaches a predetermined value. is there.

また、該光分岐器において、信号光波長帯域を除く自然放出光を抽出する手段が、誘電体多層膜からなるところの帯域透過フィルタ、帯域反射フィルタ、短波長透過フィルタ、長波長透過フィルタのうちいずれか、または、複数のフィルタで構成されていることを特徴とする上記の光ファイバ増幅器である。 Further, in the optical branching unit, means for extracting spontaneous emission light excluding the signal light wavelength band includes a band transmission filter, a band reflection filter, a short wavelength transmission filter, and a long wavelength transmission filter made of a dielectric multilayer film. The optical fiber amplifier is configured by any one or a plurality of filters.

また、該光分岐器を構成する誘電体多層膜フィルタが、光アイソレータと集積されてなることを特徴とする上記の光ファイバ増幅器である。 In the above optical fiber amplifier, the dielectric multilayer filter constituting the optical splitter is integrated with an optical isolator.

また、該光分岐器を構成する誘電体多層膜フィルタが、信号光と励起光を合波または分波するための合分波器と集積されてなることを特徴とする上記の光ファイバ増幅器である。 In the above optical fiber amplifier, the dielectric multilayer filter constituting the optical splitter is integrated with a multiplexer / demultiplexer for multiplexing or demultiplexing the signal light and the excitation light. is there.

本発明は、光ファイバ増幅器において入力信号を損失させることなく、入力信号断を検出し、かつ、増幅用ファイバと第１の光検出装置との間のアイソレーションが不要となる入力光検出手段をもつような光ファイバ増幅器を提供する。 The present invention provides an input light detection means that detects an input signal disconnection without losing an input signal in an optical fiber amplifier, and that does not require isolation between the amplification fiber and the first light detection device. An optical fiber amplifier is provided.

以下、本発明を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２に、一般的なＣ−ｂａｎｄ増幅用ファイバの前段で得られた入力信号なし、ありの状態における出射スペクトルを示す。入力信号がある場合には、誘導放出によって信号光が増幅されるため、ＡＳＥ光のレベルが低下する。一方、入力信号が無い場合には、供給された励起エネルギーが信号増幅に使われないため、大きなＡＳＥ光が放出される。このように、入力信号の有無でＡＳＥ光のパワーが異なるため、入力信号状態の判定を行うことができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 shows an emission spectrum in a certain state without an input signal obtained in the preceding stage of a general C-band amplification fiber. When there is an input signal, the signal light is amplified by stimulated emission, so the level of the ASE light decreases. On the other hand, when there is no input signal, since the supplied excitation energy is not used for signal amplification, a large ASE light is emitted. Thus, since the power of the ASE light differs depending on the presence or absence of the input signal, the input signal state can be determined.

本発明では、入力信号を直接モニタせずに、信号波長以外のＡＳＥ光を検出する手段を有し、その実施形態の1つを図１に示す。図１は励起光源19、増幅用ファイバ17、入力側タップフィルタ（光分岐器）15、出力側ビームスプリッタ22、入力側の光検出器であるＰＤ18、出力側の光検出器であるＰＤ23、制御回路20で構成される。ここで、入力側タップフィルタ15は、光分岐器の役割をする帯域透過フィルタ（BPF）であり、増幅用ファイバで発生した信号波長以外のＡＳＥ光を入力側ＰＤ18へ出力する。ここで、入力側タップフィルタ15は、信号波長帯は損失なく透過させる特性を備えているため、光ファイバ増幅器の雑音特性を劣化させない。入力側ＰＤ18、出力側ＰＤ23は受光した光を電気に変換し、制御回路20へ出力する。制御回路は、利得一定制御または出力一定制御などの形式をとりうる。前記制御において、光ファイバ増幅器は出力を一定に保つために、出力側ＰＤ23による検出値が一定になるように、励起光源19の駆動電流を制御する。 The present invention has means for detecting ASE light other than the signal wavelength without directly monitoring the input signal, and one embodiment thereof is shown in FIG. 1 shows an excitation light source 19, an amplification fiber 17, an input side tap filter (optical splitter) 15, an output side beam splitter 22, an input side photo detector PD18, an output side photo detector PD23, and a control. The circuit 20 is configured. Here, the input side tap filter 15 is a band-pass filter (BPF) that functions as an optical branching unit, and outputs ASE light other than the signal wavelength generated in the amplification fiber to the input side PD 18. Here, since the input side tap filter 15 has a characteristic of transmitting the signal wavelength band without loss, the noise characteristic of the optical fiber amplifier is not deteriorated. The input side PD 18 and the output side PD 23 convert the received light into electricity and output it to the control circuit 20. The control circuit may take a form such as constant gain control or constant output control. In the control, the optical fiber amplifier controls the drive current of the pumping light source 19 so that the detection value by the output side PD 23 is constant in order to keep the output constant.

従来の構成（図４）では、入力信号の一部を入力側の光検出器であるＰＤ8に直接取り込むため、信号光が損失し、その結果、光ファイバ増幅器の雑音特性を劣化させる。さらに、増幅用ファイバ４で発生したＡＳＥが入力側ＰＤ8へ混入するため、同ＡＳＥ光よりも小さな信号光は検出不可となる。そのため、制御回路10は信号断を検出できず、励起光源9の駆動電流を増大させる。そのため、過剰に励起された増幅ファイバ4から、さらに大きなＡＳＥ光が出力されるため、信号断が検出できないとともに、励起ＬＤ9の寿命を短くする。 In the conventional configuration (FIG. 4), since a part of the input signal is directly taken into the PD 8 which is the photodetector on the input side, the signal light is lost, and as a result, the noise characteristic of the optical fiber amplifier is deteriorated. Further, since ASE generated in the amplification fiber 4 is mixed into the input side PD8, signal light smaller than the ASE light cannot be detected. Therefore, the control circuit 10 cannot detect the signal interruption, and increases the drive current of the excitation light source 9. Therefore, since a larger ASE light is output from the excessively excited amplification fiber 4, signal interruption cannot be detected and the lifetime of the excitation LD 9 is shortened.

一方、本発明の実施例（図１）では、入力側ＰＤ18は増幅用ファイバ17の前段側に発生した信号波長帯域以外のＡＳＥ光のみを検知する。入力側ＰＤ18の受光レベルがある閾値を超えると、制御回路20は入力信号断を検知して、励起光源の駆動電流を低下させる。この手段によって、信号と逆向きに発生したＡＳＥが存在する場合においても、入力信号断を検出することができる。 On the other hand, in the embodiment of the present invention (FIG. 1), the input side PD 18 detects only ASE light other than the signal wavelength band generated on the upstream side of the amplification fiber 17. When the light receiving level of the input side PD 18 exceeds a certain threshold, the control circuit 20 detects the disconnection of the input signal and decreases the drive current of the excitation light source. By this means, it is possible to detect the disconnection of the input signal even when there is an ASE generated in the opposite direction to the signal.

本発明では、増幅用ファイバの前段における信号の損失が無いため、光ファイバ増幅器の雑音特性を改善できる。 In the present invention, since there is no signal loss in the preceding stage of the amplification fiber, the noise characteristics of the optical fiber amplifier can be improved.

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
図１において、励起光源9をポンプレーザ（波長：976nm、出力240mW）、増幅用ファイバ17をEr添加ファイバ（Er:6000ppm、コア径4μm、NA＝0.20、ファイバ長5m）、光分岐器15を帯域透過フィルタBPF（入力信号波長（1528-1562nm）透過、その他の波長は反射）とする。光分岐器15は信号と逆向きに進行する光を入力側ＰＤ18へ導くように配置した。図３に、波長1550nm、パワー0dBmの信号光が増幅用ファイバに入力されたとき、および入力が無いときのＰＤ18に入射する自然放出光（ＡＳＥ光）パワーと励起電流の関係を示す。図３では、励起電流が50〜350mAにおいて、ＰＤ18に入射する自然放出光（ＡＳＥ光）パワーは、入力信号無しの場合には-14.5dBm以上、入力信号ありの場合には-14.5dBm未満であった。すなわち、-14.5dBmをしきい値とすることで、入力信号のON/OFFを判定することができる。もしくは、図３に示す自然放出光（ＡＳＥ光）パワーと励起電流の関係を制御回路20に記憶し、励起電流に応じて入力信号ON/OFFを判断するしきい値を可変させることも可能である。分波装置22をビームスプリッタ（1%反射）とし、信号波長帯の出力光の一部を出力側ＰＤ23へ導くように配置した。制御回路20は出力一定制御とし、入力ＰＤ18、出力ＰＤ23より得られた電流値を元に、励起光源19の駆動電流を制御するように設計した。制御回路20は、入力ＰＤ18で受けた光パワーが、先に最適化されたしきい値（-14.5dBm）より大きい場合、励起光源の駆動電流を減少もしくはＯＦＦさせるように設計した。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
In FIG. 1, the pumping light source 9 is a pump laser (wavelength: 976 nm, output 240 mW), the amplification fiber 17 is an Er-doped fiber (Er: 6000 ppm, core diameter 4 μm, NA = 0.20, fiber length 5 m), and the optical splitter 15 Band pass filter BPF (transmits input signal wavelength (1528-1562 nm), reflects other wavelengths). The optical splitter 15 is arranged so as to guide the light traveling in the opposite direction to the signal to the input side PD 18. FIG. 3 shows the relationship between the spontaneous emission light (ASE light) power incident on the PD 18 and the excitation current when signal light having a wavelength of 1550 nm and power of 0 dBm is input to the amplification fiber and when there is no input. In FIG. 3, when the excitation current is 50 to 350 mA, the spontaneous emission light (ASE light) power incident on the PD 18 is -14.5 dBm or more when there is no input signal, and less than -14.5 dBm when there is an input signal. there were. That is, ON / OFF of the input signal can be determined by setting -14.5 dBm as a threshold value. Alternatively, the relationship between the spontaneous emission light (ASE light) power and the excitation current shown in FIG. 3 can be stored in the control circuit 20, and the threshold value for determining the input signal ON / OFF can be varied according to the excitation current. is there. The demultiplexer 22 is a beam splitter (1% reflection), and is arranged so as to guide a part of the output light in the signal wavelength band to the output side PD23. The control circuit 20 is designed to have constant output control, and is designed to control the drive current of the excitation light source 19 based on the current values obtained from the input PD18 and the output PD23. The control circuit 20 is designed to reduce or turn off the drive current of the pumping light source when the optical power received at the input PD 18 is greater than the previously optimized threshold (-14.5 dBm).

上記光ファイバ増幅器において、入力信号（0dBm）が光ファイバ増幅器に断続的に入射された場合を考える。励起光源の駆動電流250mAにおいて、入力側ＰＤに入射する信号波長帯以外のＡＳＥパワーは-16.0dBmであった。入力信号断となったとき、出力側ＰＤで検知した出射光パワーは15.3dBmから9.9dBmに減少した。ここで、制御回路20は光ファイバ増幅器の出力を一定に保つように、励起光源20の駆動電流を増加させ、その結果、信号と逆向きに発生するＡＳＥ光が増大した。帯域反射フィルタ15によって分離された入力信号波長以外のＡＳＥ光は入力ＰＤ18でモニタされているため、その検出値が定められたしきい値（-14.5dBm）より大きくなると、制御回路20が入力信号断を検出し、励起電流が減少した。 Consider the case where an input signal (0 dBm) is incident on the optical fiber amplifier intermittently in the optical fiber amplifier. At a drive current of the excitation light source of 250 mA, the ASE power other than the signal wavelength band incident on the input side PD was -16.0 dBm. When the input signal was interrupted, the emitted light power detected by the output side PD decreased from 15.3 dBm to 9.9 dBm. Here, the control circuit 20 increases the drive current of the pumping light source 20 so as to keep the output of the optical fiber amplifier constant, and as a result, the ASE light generated in the direction opposite to the signal increases. Since the ASE light other than the input signal wavelength separated by the band reflection filter 15 is monitored by the input PD 18, when the detected value exceeds a predetermined threshold (-14.5 dBm), the control circuit 20 An interruption was detected and the excitation current decreased.

このとき、本発明では、光分岐器15において信号光の損失が無いため、ビームスプリッタ（信号波長帯、5％分岐）を用いる従来の方法に比べて、雑音指数が約0.2dB改善された。 At this time, in the present invention, since there is no loss of signal light in the optical branching device 15, the noise figure is improved by about 0.2 dB compared to the conventional method using a beam splitter (signal wavelength band, 5% branching).

本発明により、入力信号断によるＡＳＥ光の大小をモニタすることにより、入力信号断を検出することが出来た。 According to the present invention, it was possible to detect an input signal disconnection by monitoring the magnitude of the ASE light due to the input signal disconnection.

本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。 The present invention can be used not only in a communication system in the field of optical communication but also in an application field of optical transmission such as evaluation and measurement.

本発明による入力信号モニタ方法の実施例の1つを示す図である。It is a figure which shows one of the Examples of the input signal monitoring method by this invention. 入力信号あり、なしの状態において、増幅ファイバから信号の進行方向と逆向きに発生したＡＳＥスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the ASE spectrum which generate | occur | produced in the reverse direction to the advancing direction of the signal from the amplification fiber in the state without an input signal. 本発明におけるＰＤ18に入射する自然放出光（ＡＳＥ光）パワーと励起電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the spontaneous emission light (ASE light) power and excitation current which inject into PD18 in this invention. 従来の技術による入力信号モニタ方法を示す図である。It is a figure which shows the input signal monitoring method by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１，７光分波装置
２，６アイソレータ
３，５光合分波装置
４増幅用ファイバ
８，１１光検出器（ＰＤ）
９，励起光源
１２信号入力ポート
１３信号出力ポート
１４励起光除去ポート
１５光分岐器（帯域透過フィルタ）
１６，２１ＷＤＭカプラ
１７増幅用ファイバ
１８，２３光検出器（ＰＤ）
１９励起光源
２０制御回路
２２光分波装置
２４，２６アイソレータ
２５信号入力ポート
２７信号出力ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,7 Optical demultiplexing device 2,6 Isolator 3,5 Optical multiplexing / demultiplexing device 4 Amplifying fiber 8,11 Photo detector (PD)
9, pumping light source 12 signal input port 13 signal output port 14 pumping light removal port 15 optical branching device (band transmission filter)
16, 21 WDM coupler 17 Amplifying fiber 18, 23 Photodetector (PD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Excitation light source 20 Control circuit 22 Optical demultiplexing device 24,26 Isolator 25 Signal input port 27 Signal output port

Claims

光増幅ファイバに励起光および信号光を合波してなる光ファイバ増幅器において、該光増幅ファイバの前段および後段のうち少なくとも片方において、信号光波長帯域を除く自然放出光（ＡＳＥ光）を抽出する手段を有する光分岐器を具備したことを特徴とする光ファイバ増幅器。 In an optical fiber amplifier in which pumping light and signal light are combined in an optical amplification fiber, spontaneous emission light (ASE light) excluding the signal light wavelength band is extracted at at least one of the front and rear stages of the optical amplification fiber. An optical fiber amplifier comprising an optical splitter having means.

該光分岐器により抽出された信号波長帯域を除く自然放出光（ＡＳＥ光）を光検出器によって検出し、該光検出器の出力によって信号光の入力断を検出することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。 The spontaneous emission light (ASE light) excluding the signal wavelength band extracted by the optical branching device is detected by a photodetector, and the input interruption of the signal light is detected by the output of the photodetector. The optical fiber amplifier according to 1.

該光検出器の出力が所定の値に達した場合には、該光増幅ファイバへの励起光の供給を抑制または停止する制御機能を具備したことを特徴とする請求項１及び２記載の光ファイバ増幅器。 3. The light according to claim 1, further comprising a control function for suppressing or stopping the supply of pumping light to the optical amplification fiber when the output of the photodetector reaches a predetermined value. Fiber amplifier.

該光分岐器において、信号光波長帯域を除く自然放出光を抽出する手段が、誘電体多層膜からなるところの帯域透過フィルタ、帯域反射フィルタ、短波長透過フィルタ、長波長透過フィルタのうちいずれか、または、複数のフィルタで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載の光ファイバ増幅器。 In the optical splitter, the means for extracting the spontaneous emission light excluding the signal light wavelength band is any one of a band transmission filter, a band reflection filter, a short wavelength transmission filter, and a long wavelength transmission filter, which are made of a dielectric multilayer film. 4. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the optical fiber amplifier comprises a plurality of filters.

該光分岐器を構成する誘電体多層膜フィルタが、光アイソレータと集積されてなることを特徴とする請求項１乃至４記載の光ファイバ増幅器。 5. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the dielectric multilayer filter constituting the optical branching unit is integrated with an optical isolator.

該光分岐器を構成する誘電体多層膜フィルタが、信号光と励起光を合波または分波するための合分波器と集積されてなることを特徴とする請求項１乃至５記載の光ファイバ増幅器。 6. The light according to claim 1, wherein the dielectric multilayer filter constituting the optical branching unit is integrated with a multiplexer / demultiplexer for multiplexing or demultiplexing the signal light and the excitation light. Fiber amplifier.