JP2787820B2

JP2787820B2 - 波長多重光通信システム及びそこで用いられる光増幅装置

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Publication number: JP2787820B2
Application number: JP2193432A
Authority: JP
Inventors: 正男真島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: DE69125322T2; DE69125322D1; JPH0478827A; EP0467396A3; EP0467396B1; US5396360A; EP0467396A2

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光信号を伝送する波長多重光通信システ
ム、及び波長多重光通信システムに用いられる光信号の
減衰を補償する為の利得制御手段を備えた光増幅装置に
関する。

［従来の技術］近年、光ファシバを伝送路とする光ファイバ伝送シス
テムは、広帯域、低損失、耐電磁誘導性等の多くの利点
を有することから、従来の同軸ケーブルによる伝送シス
テムに代わり幹線系、LANの分野で導入が進められてい
る。中でも、波長多重を用いたシステムは、１つの伝送
路で多数の信号を独立に伝送できるという特徴を持って
いる。

通常、光通信システムでは、伝送距離を長くする為
に、或は各分岐での光信号の減衰を補う為に、光信号
を、一旦、電気信号に変換して再生、中継する方法が用
いられている。しかし、波長多重を用いたシステムに対
しては、この方法は不適当である。それは、この再生、
中継の度に各波長を分波し、各々を電気信号に変換しな
ければならない為である。

一方、最近、研究開発が盛んになっている光増幅器
は、波長多重システムに適したものとして期待されてい
る。この光増幅器は、入射してきた波長を各々独立に光
信号のまま増幅し出力するものである。第５図は、その
光入出力特性を示している。この図から分かるように、
光出力は光入力が或る値になるまでは光入力に対してほ
ぼ比例して変化し（この領域を線形領域と呼ぶ）、それ
以上では光出力は飽和しほぼ一定になる（この領域を飽
和領域と呼ぶ）。

また、第６図はこうした光増幅器の利得の波長依存特
性を示している。これから分かるように、波長λ_minか
ら波長λ_maxまでの利得はほぼ一定になっている。

よって、上記の如き光増幅器はこうした特性を考慮し
て用いられるわけであるが、これには、半導体レーザ構
造を有して閾値以下の注入電流で駆動される半導体レー
ザ増幅器と光ファイバ増幅器がある。半導体レーザ増幅
器の利得は注入電流で制御され、他方、光ファイバ増幅
器の利得はポンピングの光入力によって制御される。

ところで、光増幅器はその光出力を安定化する為に、
利得制御が行なわれている。第７図に従来の光通信シス
テムに用いられる光増幅装置の１例のブロック図を示
す。この例では、光増幅器として半導体レーザ増幅器が
用いられ、このシステムでは伝送路上にλ_１、λ_２の２
波が波長多重されている。光信号は、伝送路となってい
る光ファイバ71−１から半導体レーザ増幅器72に入り、
そこで増幅されて光分岐器73を通って一部は受光回路76
に入り、残りは伝送路となっている光ファイバ71−２へ
送出される。受光回路76は信号光の１パルスより十分に
長い時定数の積分機能を持ち、その時定数オーダーの時
間平均の光量に対応した振幅の電圧を出力する。利得制
御回路77は、受光回路76の出力電圧を基に駆動回路78の
出力電流すなわち駆動バイアス電流を制御する。この制
御は、受光回路76の出力電圧が予め設定された値に等し
くなるように行なわれる。

この様にして、光信号が入射している時の半導体レー
ザ増幅器72の光出力を常に一定に保つことが行なわれて
いる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、従来の光増幅器を用いた波長多重光通信シス
テムには以下の様な問題があった。前述の光増幅器の利
得制御は、光増幅器に入射して来る全ての波長の光量の
総和が光増幅器の出力端で一定になる様に行なわれる
為、多重される全ての波長が常に光増幅器に入射してい
ることを前提としている（但し、ここで言う光は伝送信
号で変調されている）。その為、光増幅器に入射してく
る波長の数、つまり伝送路上にある波長の数が変化する
場合には、光増幅器の出力端に出てくる各波長光の光量
が変化してしまう。こうした問題の起こるシステム例と
しては、バースト的に伝送路に光信号が現われるパケッ
ト通信システムがある。

この様子を第８図で説明する。第８図は、従来の光通
信システムに用いられた光増幅装置内の光増幅器の出力
端での各波長の光量を示している。この例では２波長
（λ_１、λ_２）が多重されたシステムを取り上げ、第８
図（ａ）は光増幅器に波長λ_１のみが入射している状
態、第８図（ｂ）はλ_１、λ_２の両波長が入射している
状態を示している。前記した様に、光増幅器の出力端で
の全波長の光量が一定になる様に利得が制御される為、
λ_１の光出力は第８図（ａ）では同図（ｂ）の２倍にな
っている。つまり、波長λ_２が光増幅器に入射するかし
ないかで、他方の波長λ_１の出力光量が変動する。この
光量変動はシステムの光レベルに対する許容量を小さく
し（例えば、光検出器のダイナミックレンジを大きく取
る必要が出てくる）、システムに光増幅装置を用いたこ
とによる伝送路上での光レベルの安定化の効果を小さく
する。この例では、多重する波長数が２つであったが、
多重数が大きくなるにつれてこの光量変動は大きくな
る。

［課題を解決する為の手段］従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、伝送路上
にある信号光の状態がどの様なものであっても光増幅器
の出力端での各波長の光信号の光量が一定に保たれる様
な構造を持つ波長多重光通信システム及びそこに用いら
れる光増幅装置を提供することにある。

この目的を達成する本発明による光増幅器を持つ波長
多重光通信システムにおいては、光増幅装置内の光増幅
器の利得制御用に１波長が別に多重され、各光増幅器の
出力端でこの波長を分岐、分波して、この波長の光量を
用いて利得制御手段よりこの波長の光量が光増幅器の出
力端で一定になる様に光増幅器の利得が制御される。

また、本発明による光増幅装置においては、光増幅手
段とこの光増幅手段から出力された光から利得制御用の
波長の光を分岐、分波する手段とこの分岐・分波手段か
らの出力に基づいて光増幅手段から出力される利得制御
用の波長光の光量が一定になる様に光増幅手段の利得を
制御する手段とが設けられている。

上記の構成によれば、伝送路上の信号光の状態とは無
関係に常に一定のレベルで光増幅器に入る制御波長光の
出力をモニターし、この出力が一定になる様に光増幅器
の利得を制御し、且つこのとき光増幅器は他の波長の信
号光に対しても所定の利得で増幅する様に働くので、伝
送路上の信号光の状態とは無関係に伝送路上にある各信
号光は上記所定の利得でもって増幅されることになる。
よって、各信号光の光レベルの変動が極力押さえられた
波長多重光通信システムが可能となる。

［実施例］第１図は本発明の光通信システムに用いられる光増幅
装置のブロック図である。

同図において、１−１、１−２は光伝送路となる光フ
ァイバであり、光は光ファイバ１−１から入り、光ファ
イバ１−２から出ていく。２は、時によって多重度が変
化する波長多重された各波長の光を一括増幅する半導体
レーザ増幅器であり、３は該増幅器２の出力光の一部を
後述の利得制御部４に、残りを光ファイバ１−２に導く
ハーフミラーなどの光分岐器である。利得制御部４は光
分波器５、フォトダイオードなどを含む受光回路６、利
得制御回路７、駆動回路８により構成されている。光分
岐器５は、光分岐器３からの光のうち利得制御のための
波長（図示例ではλ_ｍ）のみを分波し、これを受光回路
６に入れる。受光回路６は、波長λ_ｍの光（本実施例の
場合、この利得制御用に用いる波長λ_ｍの光は他の信号
光（波長λ_１、λ_２）と同じデューティ比で変調され、
ON/OFFレベルは等しい）の１パルスより十分に長い時定
数の積分機能を持ち、その時定数オーダーの時間平均の
光量に対応した振幅の電圧を出力する。利得制御回路７
は受光回路６の出力電圧を基に、半導体レーザ増幅器２
に順方向バイアス駆動電流を出力する駆動回路８のその
出力電流を制御する。この制御は受光回路６の出力電圧
が予め設定された値に等しくなる様に行なわれる。

第２図は本発明の光通信システムの動作を示す為の模
擬的なシステム構成例を示している。ここに示すのは、
左を上流、右を下流とする一方向通信のシステムであ
る。同図中、各ブロックを結ぶ実線は光ファイバであ
り、９は、伝送路の最上流にありシステム内の半導体レ
ーザ増幅器２の利得制御の為の波長λ_ｍの光を送出して
いる制御波長送信装置であり、10−１〜10−３は発光手
段、受光手段などを含む光ノードであり、伝送路からの
光を分岐して一部を取り込みそして通信用の波長λ_１、
λ_２の光の送出を行なう。光ノード10−１〜10−３は信
号を第２図左側から取り込み右側から送出する。11−１
〜11−３は夫々光ノード10−１〜10−３により通信を行
なう端局装置であり、12−１〜12−２は第１図に示す様
な光増幅装置であり、伝送路、光ノード10−１〜10−３
での光損失を補う為に各光ノード10−１〜10−３の間に
置かれている。

第２図の構成のシステムでの波長の伝送状態を示す図
であるのが第３図である。第３図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は典型的な３つの状態を示している。図中、矢印
は光の伝送方向を示し、その矢印の上にその光ファイバ
を伝わっている波長が示されている。第３図（ａ）はシ
ステム内で通信が行なわれていない状態、同図（ｂ）は
端局装置11−１が波長λ_１で送信を行なっている状態、
同図（ｃ）は更に端局装置11−２が波長λ_２で送信を行
なっている状態を示す。

第４図は、本発明の光通信システムに用いられている
半導体レーザ増幅器２の出力端での各波長λ_ｍ、λ_１、
λ_２の光出力を示す図であり、第４図（ａ）は第３図
（ａ）における光増幅装置12−１〜12−２の増幅器２の
光出力、第４図（ｂ）は第３図（ｂ）における光増幅装
置12−１〜12−２及び第３図（ｃ）における光増幅装置
12−１の増幅器２の光出力、第４図（ｃ）は第３図
（ｃ）における光増幅装置12−２の増幅器２の光出力を
示す。

以上の第１図乃至第４図及び先に触れた第５図と第６
図を基に本発明の光通信システムの動作について説明す
る。

本実施例では、光増幅器２として、利得が比較的広い
波長域に亙って利得スペクトルを有する進行波型半導体
レーザ増幅器を用い、既に述べた如く、通信に用いる波
長をλ_１、λ_２、半導体レーザ増幅器２の利得制御に用
いる波形をλ_ｍとしている。

これらの３つの波長λ_１、λ_２、λ_ｍのON/OFFレベル
は等しく、また利得制御用の波長λ_ｍは通信用の波長λ
_１、λ_２と同じデューティ比で変調されている。３つの
波長λ_１、λ_２、λ_ｍのONレベルの総和は、第５図に示
す半導体レーザ増幅器２の線形領域内に設定され、これ
らλ、λ_２、λ_ｍは第６図に示す半導体レーザ増幅器２
の波長−利得特性におけるλ_minからλ_maxまでの波長範
囲に入っていて３つの波長λ_１、λ_２、λ_ｍに対する半
導体レーザ増幅器２の利得は等しくなっている。

制御用波長λ_ｍは制御波長送信装置９により常に伝送
路上に送られているが、通信用波長λ_１、λ_２は不連続
信号の通信に用いられ常に伝送路上にあるわけではな
い。第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に夫々示した場合で
言えば、システム内の下流側に光増幅装置12−２に入射
している波長は、第３図（ａ）ではλ_ｍのみ、（ｂ）で
はλ_ｍ、λ_１、（ｃ）ではλ_ｍ、λ_１、λ_２である。

この様な種々の状態で各波長の光出力を常に一定に保
つ為に、半導体レーザ増幅器２の利得制御は次の如く行
なわれる。システム内の各増幅装置12−１〜12−２にお
いて、内部の半導体レーザ増幅器２の出力端で出力光の
分岐、分波を行ない制御用波長λ_ｍのみを受光回路６に
入れる。波長λ_ｍの光は各増幅器２に入る時は常に一定
のレベルで入る様に設計されているので（即ち、制御波
長送信装置９から、直接、各増幅器２に入るのと同等な
状態で入る様になっている）、また各増幅器２は各波長
光に対して同じ利得を持つ様に構成されているので、増
幅器２から出力された波長λ_ｍの光は増幅器２の利得状
態を直接反映していることになる。

従って、光増幅装置内部の利得制御回路７が、受光回
路６の出力（これは増幅器２の利得状態に対応してい
る）が予め設定された値（これは増幅器２の所定の利得
状態に対応している）になる様に駆動回路８の出力電流
を制御すれば、半導体レーザ増幅器２の利得状態が所定
の状態に保持されることになる。受光回路６の出力が増
幅器２の利得状態に対応することは、受光回路６の積分
時定数がλ_ｍの変調の周期より十分長いことでも保証さ
れている。また、波長λ_ｍのみを分波して受光回路６で
受光している為、半導体レーザ増幅器２の利得制御は他
の通信用波長λ_１、λ_２が伝送路上に有るか無いかの影
響を受けない。

よって、光増幅装置11−１〜11−３の出力端での波長
λ_ｍの光出力は、通信状態とは無関係に常に一定で等し
い。前述した様に、このシステムでは半導体レーザ増幅
器２の各波長λ_ｍ、λ_１、λ_２に対する利得が同じであ
るから、波長λ_ｍに対する利得を一定にしていると言う
ことは他の通信用波長λ_１、λ_２に対する利得も一定に
保たれことになる。

以上の様にして、パケット通信の如き不連続信号を伝
送させた場合においても、光増幅器２の出力端での各波
長の光信号の光量を一定に保つことが可能になり、各波
長の光の光レベルの変動が小さな波長多重光通信システ
ムが実現される。

上記実施例において、各波長λ_ｍ、λ_１、λ_２の光信
号のON/OFFレベルを等しくしたが、各波長光のONレベル
の総和が半導体レーザ増幅器２の線形領域の光入力範囲
（第５図参照）にあるならば、必ずしも等しい必要はな
い。

また、通信用の波長をλ_１、λ_２の２波としたが、光
量の総和が半導体レーザ増幅器２の線形領域の光入力範
囲に有るならば、この数を限定されるものではない（但
し、光ノード10−１〜10−３中の光源となる半導体レー
ザ及び波長フィルタの性能により制限されることはあ
る）。

制御用波長λ_ｍとその他の波長の波長大小関係も全く
制限されるものではあく、これらの波長が第６図の利得
一定範囲に有ればよい。用いられる各機能手段について
も、光増幅器として半導体レーザ増幅器２を用いたが、
光ファイバ増幅器などを用いてもよい。但し、この場合
は、第１図の光増幅装置のブロック図において、駆動回
路８は光ファイバ増幅器をポンピングする為のポンプ光
を出す発光回路に置き換えられる。

システム構成についても、光ノード10−１〜10−３間
に光増幅装置を配置したバス型を用いたが、複数の光増
幅装置が伝送路に直列に配置されるシステムであるなら
ばどの様なシステムにも本発明の考え方は適用できる。

更に、制御波長λ_ｍを常に送り続ける制御波長送信装
置９の機能は、伝送路上において最上流にある光ノード
10−１等に持たせることも可能である。

波長λ_ｍの信号形態ないし変調方式についても一定で
あれば特に限定されず、また他の波長の信号光の変調方
式についても時間平均したレベルが一定のものであれば
特に限定されない。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明によれば、光増幅装置内の
光増幅器の利得制御の為に通信用の波長とは別に新たに
１波長を多重し、この波長の光量が光増幅器の出力端で
一定になる様に光増幅器の利得を制御しているので、光
増幅器を用いた有長多重光通信システムでパケット通信
の様な不連続信号を伝送された場合においても、光増幅
器の出力端での各波長の光信号の光量を一定に保つこと
が可能になる。従って、光レベルの変動が小さく抑えら
れた波長多重光通信システムが実現されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光通信システムに用いられる光増幅装
置のブロック図、第２図は本発明の光通信システムのシ
ステム構成図、第３図は第２図のシステムにおける各種
の波長伝送状態を示す図、第４図は第２図のシステムに
おける半導体レーザ増幅器の出力端での第３図の各状態
に対応した各波長の光量を示す図、第５図は光増幅器の
光入出力特性を示す図、第６図は光増幅器の利得の波長
特性を示す図、第７図は従来の光増幅装置のブロック
図、第８図は従来の光通信システムにおける光増幅装置
内の光増幅器の出力端での各波長の光量を示す図であ
る。１−１、１−２……光ファイバ、２……半導体レーザ増
幅器、３……光分岐器、４……利得制御部、５……光分
波器、６……受光回路、７……利得制御回路、８……駆
動回路、９……制御波長送信装置、10−１、10−２、10
−３……光ノード、11−１、11−２、11−３……端局装
置、12−１、12−２……光増幅装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光増幅器を持つ波長多重光通信システムに
おいて、光増幅装置内の光増幅器の利得制御用に１波長
の光を別に多重し、各光増幅器の出力端で該波長光を分
岐、分波して、該波長光の光量を用いて利得制御手段に
より該波長光の光量が一定になる様に該光増幅器の利得
を制御することを特徴とする波長多重光通信システム。
【請求項２】当該システムの最上流に上記利得制御用の
波長光を常に送り続ける制御波長送信手段が設けられて
いる請求項１記載の光通信システム。
【請求項３】前記光増幅器は波長多重された各波長光に
対して同じ利得を有する様に構成されている請求項１記
載の光通信システム。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の光通信システム
に用いられる光増幅装置であって、光増幅手段と該光増
幅手段から出力された光から利得制御用の波長の光を分
岐、分波する手段と該分岐・分波手段からの出力に基づ
いて該光増幅手段から出力される上記利得制御用の波長
光の光量が一定になる様に該光増幅手段の利得を制御す
る手段を有することを特徴とする光増幅装置。