JP2009043849A - Optical fiber amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバ増幅器に関し、より詳細には、利得を一定値に保持する光ファイバ増幅器に関する。 The present invention relates to an optical fiber amplifier, and more particularly to an optical fiber amplifier that maintains a gain at a constant value.
利得を一定値に保持する機能を有する光ファイバ増幅器の利得制御方法には種々の方式があるが、その1つとして、増幅媒体である希土類添加ファイバの側方向に放射される自然放出光(Spontaneous Emission光:SE光)の強度を光検出器により検出し、その検出結果に基づいて希土類添加ファイバへの励起光パワーを調整する方法がある(特許文献1参照)。 There are various methods for controlling the gain of an optical fiber amplifier having a function of holding a gain at a constant value. One of them is spontaneous emission light (Spontaneous) emitted in the lateral direction of a rare earth-doped fiber as an amplification medium. There is a method in which the intensity of the emission light (SE light) is detected by a photodetector and the excitation light power to the rare earth-doped fiber is adjusted based on the detection result (see Patent Document 1).
希土類添加ファイバを増幅媒体とする光ファイバ増幅器の利得Gは、希土類添加ファイバの側方向に放射される自然放出光を光検出器で検出して得られる光電流ISEと
G=aISE+b(aおよびbは定数) (1)
の関係にあり、利得を一定値に保持する機能を有する光ファイバ増幅器では光電流ISEが所望の一定値となるように制御が行われる。
The gain G of the optical fiber amplifier to amplify medium rare-earth doped fiber, an optical current obtained by detecting the spontaneous emission light emitted to the side direction of the rare earth-doped fiber optical detector I SE and G = aI SE + b ( a and b are constants) (1)
In the optical fiber amplifier having the function of maintaining the gain at a constant value, control is performed so that the photocurrent I SE becomes a desired constant value.
しかしながら、この利得制御方法では、光検出器による検出に希土類添加ファイバにおいてレイリー過程等により散乱された励起光、入力信号光、および自然放出増幅光(Amplified Spontaneous Emission光:ASE光)が含まれ、これらの散乱光が制御誤差となって利得制御精度を著しく低下させてしまう(特許文献2の段落0004等を参照)。 However, in this gain control method, detection by the photodetector includes excitation light, input signal light, and spontaneous emission amplified light (Amplified Spontaneous Emission Light: ASE light) scattered by a Rayleigh process or the like in the rare earth-doped fiber. These scattered light becomes a control error and remarkably lowers the gain control accuracy (see paragraph 0004 of Patent Document 2).
すなわち、希土類添加ファイバの側方向に放射される光を検出して得られる光電流IDetを用いて制御を行うと、
IDet=ISE+ISct (2)
であり光電流IDetに散乱光による成分ISctが含まれるため、IDetが一定になるように励起光を制御すると光電流ISEが所望値からずれて利得に誤差が生じる。散乱光による光電流ISctが大きいほど、光電流ISEが所望値に比べて小さくなってしまう。
That is, when control is performed using the photocurrent I Det obtained by detecting the light emitted in the lateral direction of the rare earth-doped fiber,
I Det = I SE + I Sct (2)
Since the photocurrent I Det includes a component I Sct due to scattered light, if the excitation light is controlled so that I Det is constant, the photocurrent I SE deviates from a desired value and an error occurs in the gain. The greater the photocurrent I Sct due to scattered light, the smaller the photocurrent I SE compared to the desired value.
特に、入力信号光のパワーの変化に応じて光電流ISctが変動すると、散乱光に起因して生じた利得の誤差も変動することとなる。光電流ISEが非常に小さくISctとISEが同程度となる場合、入力信号光パワーが変化した際の利得の誤差が大きい。 In particular, when the photocurrent I Sct varies according to the change in power of the input signal light, the gain error caused by the scattered light also varies. If the photocurrent I SE is very small I Sct and I SE are comparable, a large error in the gain when the input signal light power is changed.
図7は、従来の利得制御方法により利得を一定値に保持する機能を有する光ファイバ増幅器の利得制御の結果を示す図である。この例では入力信号として12チャネルの信号を使用しており、12チャネル合計の光パワーがそれぞれ−5dBm、0dBmおよび+5dBmのときの利得スペクトルを示している。入力信号光パワーが−5dBmから+5dBmに10dBだけ増加すると、利得スペクトルが最大で2.5dB程度減少してしまうことが分かる。これは、入力信号光パワーの増加により散乱光による光電流ISctが増加し、光電流IDetを用いて制御を行うことにより光電流ISEが所望値に比べて小さくなっているためである。 FIG. 7 is a diagram showing a result of gain control of an optical fiber amplifier having a function of maintaining a gain at a constant value by a conventional gain control method. In this example, a 12-channel signal is used as an input signal, and the gain spectrum is shown when the total optical power of the 12 channels is −5 dBm, 0 dBm, and +5 dBm, respectively. It can be seen that when the input signal light power is increased by -10 dBm from -5 dBm to +5 dBm, the gain spectrum is reduced by about 2.5 dB at the maximum. This is because the photocurrent I Sct due to the scattered light increases due to the increase of the input signal light power, and the photocurrent I SE becomes smaller than the desired value by performing the control using the photocurrent I Det. .
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、希土類添加ファイバにおける散乱光に起因する利得制御誤差が低減された、利得を一定値に保持する光ファイバ増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier that maintains a gain at a constant value in which a gain control error caused by scattered light in a rare earth-doped fiber is reduced. It is to provide.
このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、利得を一定値に保持する光ファイバ増幅器であって、入力信号光に励起光を合波する合波器と、前記合波器の出力を増幅し、出力信号光を出力する希土類添加ファイバと、前記希土類添加ファイバの側方向に放射される光から前記励起光の散乱光を抑制する光フィルタと、前記光フィルタを通過した光のパワーを検出して第1の電気信号に変換する第1の光検出器と、前記励起光のパワーを制御して、前記第1の電気信号を前記一定値の利得に対応する電気信号に調整する制御回路とを備え、前記一定値の利得に対応する電気信号は、前記入力信号光のパワーに応じたオフセット量を加えてオフセットされることを特徴とする。
In order to achieve such an object, an invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記オフセット量は、前記入力信号光を分岐し、分岐された前記入力信号光を第2の光検出器により第2の電気信号に変換し、前記第2の電気信号に予め定めた演算を施して算出されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the offset amount is obtained by branching the input signal light and converting the branched input signal light into a second electric signal by a second photodetector. Conversion is performed, and the second electric signal is calculated by performing a predetermined calculation.
また、請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記予め定めた演算は、線形演算であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the predetermined calculation is a linear calculation.
また、請求項4に記載の発明は、利得を一定値に保持する光ファイバ増幅器であって、等しい周波数間隔で多重された入力信号光に励起光を合波する合波器と、前記合波器の出力を増幅し、出力信号光を出力する希土類添加ファイバと、前記希土類添加ファイバ近傍に配置され、櫛状の透過スペクトルを有し、光遮断波長が前記入力信号光の波長と一致する第1の光フィルタと、前記第1の光フィルタの入力側または出力側のいずれかに配置され、前記励起光の散乱光を抑制する第2の光フィルタと、前記第1および第2の光フィルタを通過した光のパワーを検出して電気信号に変換する光検出器と、前記励起光のパワーを制御して、前記電気信号を前記一定値の利得に対応する電気信号に調整する制御回路とを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber amplifier that maintains a gain at a constant value, a multiplexer that multiplexes pumping light with input signal light multiplexed at equal frequency intervals, and the multiplexing A rare earth-doped fiber that amplifies the output of the detector and outputs output signal light; and a rare earth-doped fiber that is disposed in the vicinity of the rare earth-doped fiber, has a comb-like transmission spectrum, and has a light cutoff wavelength that matches the wavelength of the input signal light. 1 optical filter, a second optical filter disposed on either the input side or the output side of the first optical filter, and suppressing scattered light of the excitation light, and the first and second optical filters A photodetector that detects the power of light that has passed through and converts it into an electrical signal; and a control circuit that controls the power of the pumping light to adjust the electrical signal to an electrical signal corresponding to the gain of the constant value; It is characterized by providing.
本発明によれば、制御目標である利得に対応する電気信号を入力信号光のパワーに応じたオフセット量を加えてオフセットすることにより、希土類添加ファイバにおける散乱光に起因する利得制御誤差が低減された、利得を一定値に保持する光ファイバ増幅器を提供することができる。 According to the present invention, the gain control error due to the scattered light in the rare earth-doped fiber is reduced by offsetting the electrical signal corresponding to the gain that is the control target by adding an offset amount corresponding to the power of the input signal light. In addition, it is possible to provide an optical fiber amplifier that maintains the gain at a constant value.
また、本発明によれば、櫛状の透過スペクトルを有し、光遮断波長が入力信号光の波長と一致している希土類添加ファイバ近傍に配置された光フィルタを備えることにより、希土類添加ファイバにおける散乱光に起因する利得制御誤差が低減された、利得を一定値に保持する光ファイバ増幅器を提供することができる。 In addition, according to the present invention, the optical filter disposed in the vicinity of the rare earth-doped fiber having a comb-like transmission spectrum and having the light blocking wavelength that matches the wavelength of the input signal light is provided. It is possible to provide an optical fiber amplifier in which a gain control error caused by scattered light is reduced and the gain is maintained at a constant value.
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る光ファイバ増幅器の構成を示している。光ファイバ増幅器100は、希土類添加ファイバ105を増幅媒体として入力信号光が増幅されて出力信号光となるものであり、希土類添加ファイバ105の側方向に放射される自然放出光および散乱光を検出して利得の制御に利用している。光ファイバ増幅器100の構成および機能を以下に説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of an optical fiber amplifier according to the first embodiment. The
入力信号光が、光分岐回路101で分岐される。光分岐回路101で分岐された一方の光が、光アイソレータ102を通過して合波器103に入力される。合波器103において、励起光源104からの励起光が入力信号光に合波される。合波器103の出力が希土類添加ファイバ105で増幅され、出力信号光が光アイソレータ106を通過して出力される。
The input signal light is branched by the
希土類添加ファイバ105からは、その側方向に自然放出光および散乱光が放出されており、自然放出光および散乱光が、希土類添加ファイバ105の近傍に配置された光フィルタ107を通過する。光フィルタ107は、散乱光のうち、励起光に起因する成分を抑制するものである。光フィルタ107が励起光を遮断し、自然放出光を透過させるバンドパスフィルタとすれば、励起光の散乱光は容易除去することができるが、信号光に起因する散乱光は主にレイリー散乱光であって信号光波長と一致し、且つ信号光波長は自然放出光が強く放出される波長帯と一致するため信号光に起因する散乱光をバンドパスフィルタで除去することは困難である。ASE光に起因する散乱光は通常無視しうる程度のものであり、ここでは考慮しない。
Spontaneously emitted light and scattered light are emitted in the lateral direction from the rare earth-doped
光検出器108が、光フィルタ107を通過した光のパワーを検出して電流に変換する。制御回路109が、その電流を電流−電圧変換して基準電圧との差分を求め、差分に応じた制御信号を励起光源104に入力する。制御信号により励起光源104が発生する励起光パワーが調整されて、差分が0に近づく。
The
ここで基準電圧は、所望の利得Gを与える光検出器108の出力電流に対応する電圧である。入力信号光パワーを一定としておき励起光パワーを変化させることで、光ファイバ増幅器100の利得と光検出器108の出力電流との関係を測定することができる。所望の利得Gを与える光検出器108の出力電流を制御回路109において電流−電圧変換した値が基準電圧である。増幅器100の利得と光検出器108の出力電流との関係は、数式(1)のように一次関数近似をしてもよいし、より高い制御精度を得るために高次関数近似をしてもよい。予め求めた基準電圧は、制御回路109内の記憶装置に格納してもよいし、外部の記憶装置から読み出してもよい。
Here, the reference voltage is a voltage corresponding to the output current of the
このように光ファイバ増幅器100は利得を一定値に保持する機能を有するが、本実施形態に係る光ファイバ増幅器100は、基準電圧に入力信号光パワーに応じたオフセット量を加えて散乱光の影響を低減している。入力信号光パワーが増加すると、光フィルタ107を通過した光に含まれる散乱光が増加する。したがって、そのような光を電圧に変換して基準電圧との差分が0になるように制御を行うと、励起光パワーが所望の利得を与える値よりも小さくなってしまうので、入力信号光パワーの増加に応じた正のオフセットを基準電圧に加えている。入力信号光パワーが減少した場合は逆に負のオフセットを加えればよい。
As described above, the
具体的には、光分岐回路101で分岐された入力信号光の他方を、光検出器110により電流に変換する。制御回路109においてその電流を電圧に変換し、そして予め定めた演算を施して基準電圧に加えるオフセット量を算出する。予め定めた演算は、上述のように入力信号光パワーが増加した場合には正、減少した場合には負のオフセット量を与えるものであるが、たとえば一次関数近似を行い、オフセット量を、c×(光検出器110の出力電流に対応する電圧値)+d(c,dは測定により得られる定数)のように求めることができる。より高い制御精度を得るために高次関数近似をしてもよい。
Specifically, the other of the input signal light branched by the
図2は、実施形態1に係る光ファイバ増幅器の利得制御の結果を示す図である。この例では入力信号として12チャネルの信号を使用しており、12チャネル合計の光パワーがそれぞれ−5dBm、0dBmおよび+5dBmのときの利得スペクトルを示している。オフセット量の算出には一次関数近似を用いた。入力信号光パワーが−5dBmから+5dBmに10dBだけ増加しても、利得スペクトルの変化が0.5dB以下であり、従来技術(図7)と比較して大幅な制御精度の改善が得られている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a result of gain control of the optical fiber amplifier according to the first embodiment. In this example, a 12-channel signal is used as an input signal, and the gain spectrum is shown when the total optical power of the 12 channels is −5 dBm, 0 dBm, and +5 dBm, respectively. A linear function approximation was used to calculate the offset amount. Even if the input signal light power is increased from −5 dBm to +5 dBm by 10 dB, the gain spectrum change is 0.5 dB or less, and a significant improvement in control accuracy is obtained compared to the conventional technique (FIG. 7). .
なお、入力信号光パワーに対応する光電流値(その電流−電圧変換後の電圧)に一次関数の演算を行い基準電圧を変化させても結果はほぼ同じである。 It should be noted that the result is almost the same even when a linear function is calculated for the photocurrent value corresponding to the input signal light power (voltage after the current-voltage conversion) and the reference voltage is changed.
また、本実施形態では、制御回路109において電流−電圧変換を行い電圧を用いて利得を制御したが、電流を用いて利得制御を行うことができることに留意されたい。すなわち、電圧または電流のいずれかを電気信号として使用することができる。
In the present embodiment, the
(実施形態2)
図3は、実施形態2に係る光ファイバ増幅器の構成を示している。光ファイバ増幅器300は、希土類添加ファイバ105を増幅媒体として入力信号光が増幅されて出力信号光となるものであり、希土類添加ファイバ105の側方向に放射される光を検出して利得の制御に利用している点で実施形態1に係る光ファイバ増幅器100と同一だが、光ファイバ増幅器300では、入力信号光パワーに応じた基準電圧のオフセットではなく、光フィルタ307の構成により散乱光に起因する利得制御誤差を低減している。なお本実施形態では、入力信号として波長多重信号を用いている。実施形態1においては、1波のみでもよい。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows the configuration of the optical fiber amplifier according to the second embodiment. The
光フィルタ307は、希土類添加ファイバ105の近傍に配置されたファブリ・ペロー・エタロンフィルタであり、その透過スペクトルが櫛状になっている。光フィルタ307を透過させて光検出器108で検出した、希土類添加ファイバ105であるEr添加ファイバの放出光の検出スペクトルは図4のようになり、その包絡線は図5に示したEr添加ファイバの自然放出光スペクトルにほぼ一致する。したがって、光フィルタ307は自然放出光パワーの波長依存性を損なうことなく検出することができるものである。
The
光フィルタ307のこの特性は、散乱光の波長が入力信号光の波長と一致することを利用して、光フィルタ307の光遮断波長と入力信号光の波長とを一致させることにより、等しい周波数間隔で多重された波長多重信号による散乱光を一括して遮断することで得られる。なお、希土類添加ファイバ105と光フィルタ307の間に挿入された光フィルタ107は励起光に起因する散乱光を抑制するものであり、励起光波長の光を遮断し、自然放出光の波長帯の光を透過させるバンドパスフィルタである。励起光波長は、通常980nm近傍、あるいは1480nm近傍である。光フィルタの配置は図3に示したように希土類添加ファイバ105と光フィルタ107の間に限定されるものではなく、光フィルタ307と光検出器108の間に挿入しても効果は同じである。
This characteristic of the
図6は、実施形態2に係る光ファイバ増幅器の利得制御の結果を示す図である。この例では入力信号として80チャネル波長多重信号を使用しており、80チャネル合計の光パワーがそれぞれ−5dBm、0dBmおよび+5dBmのときの利得スペクトルを示している。入力信号光パワーが−5dBmから+5dBmに10dBだけ増加しても、利得スペクトルの変化が0.5dB以下であり、従来技術(図7)と比較して大幅な制御精度の改善が得られている。 FIG. 6 is a diagram illustrating a result of gain control of the optical fiber amplifier according to the second embodiment. In this example, an 80 channel wavelength multiplexed signal is used as an input signal, and the gain spectrum is shown when the total optical power of the 80 channels is -5 dBm, 0 dBm, and +5 dBm, respectively. Even if the input signal light power is increased from −5 dBm to +5 dBm by 10 dB, the gain spectrum change is 0.5 dB or less, and a significant improvement in control accuracy is obtained compared to the conventional technique (FIG. 7). .
なお、本実施形態に係る光ファイバ増幅器300は、特許文献2に記載されているような、入力信号光の波長帯外の自然放出光を光フィルタで透過させて光検出器により検出する従来の光ファイバ増幅器とは異なり、入力信号光の波長帯が自然放出光の波長帯に広く分布している場合にも精度良く自然放出光を検出することができる。実際、波長多重伝送システムの信号波長帯はC帯でおおよそ1530−1565nm、L帯でおおよそ1570−1605nmであり、これらのシステムにおいて入力信号光の波長帯外の自然放出光を検出すると、強度が大きい波長帯の自然放出光を遮断することとなり、自然放出光パワーの検出精度が劣化する。一方、本発明の構成においては、精度良く自然放出光パワーを検出できる。
The
100、300 光ファイバ増幅器
101 光分岐器
102、106 光アイソレータ
103 合波器
104 励起光源
105 希土類添加ファイバ
107、307 光フィルタ
108 光検出器
109 制御回路
110 光検出器(第2の光検出器に相当)
100, 300
Claims (4)
入力信号光に励起光を合波する合波器と、
前記合波器の出力を増幅し、出力信号光を出力する希土類添加ファイバと、
前記希土類添加ファイバの側方向に放射される光から前記励起光の散乱光を抑制する光フィルタと、
前記光フィルタを通過した光のパワーを検出して第1の電気信号に変換する第1の光検出器と、
前記励起光のパワーを制御して、前記第1の電気信号を前記一定値の利得に対応する電気信号に調整する制御回路と
を備え、
前記一定値の利得に対応する電気信号は、前記入力信号光のパワーに応じたオフセット量を加えてオフセットされることを特徴とする光ファイバ増幅器。 An optical fiber amplifier that maintains a constant gain,
A multiplexer that combines the excitation light with the input signal light;
A rare earth-doped fiber that amplifies the output of the multiplexer and outputs output signal light;
An optical filter that suppresses the scattered light of the excitation light from the light emitted in the lateral direction of the rare earth-doped fiber;
A first photodetector that detects the power of the light that has passed through the optical filter and converts it into a first electrical signal;
A control circuit for controlling the power of the excitation light to adjust the first electric signal to an electric signal corresponding to the gain of the constant value;
An optical fiber amplifier, wherein an electrical signal corresponding to the constant gain is offset by adding an offset amount corresponding to the power of the input signal light.
等しい周波数間隔で多重された入力信号光に励起光を合波する合波器と、
前記合波器の出力を増幅し、出力信号光を出力する希土類添加ファイバと、
前記希土類添加ファイバ近傍に配置され、櫛状の透過スペクトルを有し、光遮断波長が前記入力信号光の波長と一致する第1の光フィルタと、
前記第1の光フィルタの入力側または出力側のいずれかに配置され、前記励起光の散乱光を抑制する第2の光フィルタと、
前記第1および第2の光フィルタを通過した光のパワーを検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記励起光のパワーを制御して、前記電気信号を前記一定値の利得に対応する電気信号に調整する制御回路と
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。 An optical fiber amplifier that maintains a constant gain,
A multiplexer that multiplexes pumping light to input signal light multiplexed at equal frequency intervals;
A rare earth-doped fiber that amplifies the output of the multiplexer and outputs output signal light;
A first optical filter disposed in the vicinity of the rare earth-doped fiber, having a comb-like transmission spectrum, and having a light blocking wavelength that matches the wavelength of the input signal light;
A second optical filter disposed on either the input side or the output side of the first optical filter to suppress scattered light of the excitation light;
A photodetector that detects the power of the light that has passed through the first and second optical filters and converts it into an electrical signal;
An optical fiber amplifier comprising: a control circuit that controls the power of the pumping light to adjust the electrical signal to an electrical signal corresponding to the constant gain.
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