JP4310971B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器に関し、たとえば、インターネット接続網において適用される光ファイバ増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光ファイバ増幅器は、近年のインターネットの発展に伴い、ますます急増する通信需要に対応するため適用され、光波長多重技術(WDM技術)が確立されてそれが実用化されようとしている。
【0003】
波長多重伝送は、複数波長の信号光を波長領域で多重化して用いることにより、1本の光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大する方式である。本方式では、波長帯域を拡大して多重化する信号光の数を増やすことにより伝送容量を容易に拡大することができる。このため、適用される光ファイバ増幅器にも、幅広い入力ダイナミックレンジにおいて低雑音であることが要求される。
【0004】
図4は、従来の光ファイバ増幅器のシステム構成例を示す図である。また、図5は、図4に示したシステムの雑音指数の特性例を示す図である。図4を参照し、従来の動作例について説明する。図4および図5において、本システムへの光の入出力進行方向1、1を示し、光ファイバ増幅器は、短波長通過カプラ2、EDF(エルビウム光ファイバ)3、狭帯域カプラ4、分岐カプラ5、および1.48μm帯励起LD6の各部により構成される。
【0005】
分岐カプラ5の分岐比は3dB、短波長通過カプラ2の励起光通過帯域は1485nm以下である。まず、信号数40波の場合を考える。入力信号パワー−16dBm/ch、利得20dB、出力信号パワー+4dBm/chであるので、トータル出力パワーは+20dBmである。この時1.48μm帯励起LD6の出力は220mWであり、EDF3へ前方より100mW、後方より100mWの励起光が入力され、高出力時の動作が確認できる。
【0006】
次に、信号数1波の場合を考える。入力信号パワー−16dBm/ch、利得20dB、出力信号パワー+4dBm/ch、であるので、トータル出力パワーは+4dBmに低下する。この時1.48μm帯励起LD6の出力も66mWに低下し、EDF3へ前方より30mW、後方より30mWの励起光が入力され、低出力時の動作が確認できる。
【0007】
本発明と技術分野の類似する先願発明例1として、特開2002−76481号公報の「光直接増幅器及びその制御方法」がある。本先願発明例1では、レーザ光源から出射された励起光を一定の波長で波長分割し、長波長成分光と短波長成分光に分け、EDFに長波長成分光及び短波長成分光のうち一方を前方励起光として入力するとともに、他方を後方励起光として入力させている。また、レーザ光源の温度を制御することによって前方励起光の強度と後方励起光の強度との比率を変化させている。
【0008】
先願発明例2としての特開平5−224254号公報の「光ファイバ増幅器」がある。本先願発明例2では、励起レーザより出射された励起光を任意の比率に分岐する可変光分岐器を備えている。本構成にて、用途に応じて可変光分岐器の分岐比率を変えることにより、任意に低雑音な光ファイバ増幅器もしくは高出力な光ファイバ増幅器を得る、としている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術には、例えば、下記の問題点を伴う。
図5に、従来のLバントにおける光ファイバ増幅器の雑音指数特性を示す。本従来技術においては、入力信号数が低下すると、光ファイバ増幅器の雑音指数の劣化が生じるという問題がある。
【0010】
先願発明例1では、励起レーザの温度を制御することによって前方励起光の強度と後方励起光の強度との比率を変化させているとしている。また、励起光をある波長にて分割しなければならない。
【0011】
先願発明例2において重要なのは、励起光を任意の比率に分岐する際、可変分岐器を用いていることである。一般的に光増幅動作をすると、例えば、入出力信号条件によって、少数チャンネル時には雑音指数が劣化する。そこで、励起レーザの発振スペクトルを温度制御することによって、EDFに入力される励起パワーの比率を前方と後方で変えている。あるいは、可変光分岐器を用いて励起パワーの比率を前方と後方で変えている。
【0012】
本発明は、特性の安定した光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
より詳細には、本発明は、波長多重伝送に適用される多波長一括増幅用光ファイバ増幅器において、入力信号数の変化においても雑音指数の劣化を防ぐ安定した光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明の光ファイバ増幅器は、入力される信号光を増幅する光ファイバ増幅器であって、第1の端子から入力された光を第2の端子から出力するEDF(Erbium−Doped Fiber)と、励起光を出力し、電流値によってその中心波長が変動する励起LD(Laser Diode)と、励起光を第1及び第2の分岐光に所定の比率で分岐する分岐カプラと、信号光と第1の分岐光を合流して第1の端子に供給する第1のカプラと、第2の端子から出力される光を通過させ、第2の分岐光を第2の端子に供給する第2のカプラと、を備え、第1のカプラは、励起光通過特性が短波長通過型で、励起光のパワー変化に伴う励起光の波長の変動域内の波長の光及び信号光を透過し、第2のカプラは、励起光通過特性が狭帯域通過型で、変動域内の所定の波長以下の光を遮断し、所定の波長以上の光及び信号光を透過し、励起LDの駆動電流または温度を制御することで励起光の中心波長を調整し、第2のカプラの励起光通過特性を利用して、第1のカプラからEDFへ入力される前方励起と第2のカプラからEDFへ入力される後方励起の励起パワー比率について、入力信号数が少ない低出力時には入力信号数が多い高出力時よりも前方励起の比率を高めることを特徴としている。
【0014】
また、上記の励起LDは、1.48μm帯の励起光を出力するものであり、電流値によって中心波長が変動するとよい。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による光ファイバ増幅器の実施の形態を詳細に説明する。図1から図3を参照すると、本発明の光ファイバ増幅器の一実施形態が示されている。
【0017】
本発明における光ファイバ増幅器は、高出力時の出力を劣化させることなく低出力時における励起パワー低下による雑音指数劣化を回避するため、高出力時と低出力時にEDFへ入力される前方励起と後方励起の比率を、電流制御または温度制御で励起波長を変化させて変えている。
【0018】
図1において、EDF3に入力される前方側には短波長通過カプラ2を用い、後方側には狭帯域カプラ4を用いて励起波長を変化させることにより、励起パワーの比率を変化させている。
【0019】
(構成例)
図1を参照する。本発明による光ファイバ増幅器の構成例であり、実施例の光ファイバ増幅器のシステム構成例を示す。また、図2および図3は、その特性例を示している。図2は、実施形態の光ファイバ増幅器の短波長通過カプラの特性例を示す図である。図3は、実施形態の光ファイバ増幅器の雑音指数の特性例を示す図である。
【0020】
図1を参照し、本実施例の構成例について説明する。図1において、光ファイバ増幅器は、短波長通過カプラ2、EDF3、狭帯域カプラ4、分岐カプラ5、1.48μm帯励起LD6、の各部により構成される。また、本システムへの入出力光進行方向1、1を示している。
【0021】
EDF3は、増幅媒体であるエルビウムを添加した光ファイバであり、信号光を増幅させるものである。なお、EDF3の一例を以下に示す。このEDF3/EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier;エルビウム光ファイバ増幅器)に関しては、例えば、下記のようなものである。
【0022】
半導体レーザ励起のエルビウム光ファイバ増幅器で、光信号を光のまま直接増幅する。光の増幅媒体として、エルビウム(元素記号Er)と呼ばれる元素をコア部に微量添加した特殊な光ファイバを用い、この光ファイバに励起光源(半導体レーザ)として供給されたエネルギーにより引き起こされた誘導放出現象により、原信号光が数百倍から数万倍まで増幅可能となる。
【0023】
1.48μm励起LED6は、信号光を増幅させるために1.48μm帯の励起光を出力するものであり、電流値によって中心波長が変動する。
分岐カプラ5は、入力された光をある比率に分岐するものである。
EDF3の前方より励起光を入力する短波長通過カプラ2は、信号光と励起光を合波するカプラである。
狭帯域カプラ4は、信号光と通過帯域内の励起光を合波するカプラである。
【0024】
(動作例)
図1の動作について、図面を参照して説明する。分岐カプラ5の分岐比は3dB、短波長通過カプラ2の励起光通過帯域は1485nm以下、狭帯域カプラ4の励起光通過帯域は1473.5〜1485nmである。
まず、信号数40波の場合を考える。入力信号パワー−16dBm/ch、利得20dB、出力信号パワー+4dBm/ch、であるので、トータル出力パワーは+20dBmである。この時、1.48μm帯励起LD6の出力は220mWであり、駆動電流700mA、中心波長1480nmであった。
【0025】
図2を参照する。短波長通過カプラ2及び狭帯域カプラ4の励起光通過帯域より励起光は損失しないので、EDF3へ前方より100mW、後方より100mWの励起光が入力され、高出力時の動作が確認できる。次に、信号数1波の場合を考える。入力信号パワー−16dBm/ch、利得20dB、出力信号パワー+4dBm/chであるので、トータル出力パワーは+4dBmに低下する。
【0026】
この時、1.48μm帯励起LD6の出力も110mWに低下し、それに伴い駆動電流も350mAまで低下する。励起LD6の中心波長は、駆動電流が100mA変化する毎に2nm変動する。このため、信号数1波時の励起中心波長は1473nmである。短波長通過カプラ2では励起光は損失しないが、狭帯域カプラ4の励起光通過帯域より励起光の損失が生じ、EDF3へ前方より50mW、後方より15mWの励起光が入力され、低出力時の動作が確認できる。
【0027】
図3に、本発明の光ファイバ増幅器の雑音指数特性を示す。信号数が変化しても、前方励起と後方励起の励起パワーの比率を変えることで雑音指数の劣化を回避している。
【0028】
本実施例においては、励起波長1.48μm帯を適用しているが、本発明は励起波長0.98μm帯を用いても可能である。
本実施例により得られる効果は、信号出力の変化によっても光ファイバ増幅器の雑音指数が劣化しないということである。その理由は、前方励起と後方励起の励起パワーの比率を変えることで雑音指数の劣化を回避しているためである。
【0029】
(他の実施例)
本発明の他の実施例について説明する。入力信号数が変化した場合に、1.48μm帯励起LD6の温度を調整し、励起光の中心波長を調整する。この構成においては、入力信号数が少なくなると励起LD6の温度を下げる必要がある。本実施例においては、励起波長1.48μm帯を適用しているが、本発明は励起波長0.98μm帯を用いても可能である。
【0030】
上に例示した二つの先願発明例1および2の方法では、何らかの制御(温度を変える、分岐比率比を変える)が必要になる。これに対し、本願発明では、EDFに前方および後方より入力される励起パワーの比率を、励起レーザの温度を制御し変化させるのではなく、また、任意の比率に分岐する可変光分岐器を用いていない。
【0031】
一般に、励起光と信号光を合波させる際に用いる波長合波器(WDMカプラ)の帯域を、使用する励起レーザの電流対出力パワー特性から求め、AMP出力パワーが大きい時にはEDFに入力される励起パワーも大きく、AMP出力パワーが小さい時にはEDFに入力される励起パワーも小さく、且つ、EDFに前方より励起パワーが入力される前方励起に比重を置いて、雑音指数劣化を防ぐ励起方式になっている。
【0032】
ここで重要なのは、EDFに励起光が入力される後方WDMカプラの波長帯域を決めることによって何の制御をすることもなく、通常通りの励起方法を用いても特性劣化が防げることである。
【0033】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の光ファイバ増幅器は、前方より励起光を入力し信号光と該励起光を短波長通過カプラで合波し、EDFで信号光を増幅させ、狭帯域カプラで信号光と通過帯域内の励起光を合波し、分岐カプラで入力された光を所定の比率に分岐し、励起LDが信号光を増幅させるために励起光を出力している。この前方励起と後方励起の励起パワーの比率を変えることで、信号出力の変化によっても光ファイバ増幅器の雑音指数の劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバ増幅器の実施形態のシステム構成例を示す図である。
【図2】実施形態の光ファイバ増幅器の短波長通過カプラの特性例を示す図である。
【図3】実施形態の光ファイバ増幅器の雑音指数の特性例を示す図である。
【図4】従来の光ファイバ増幅器のシステム構成例を示す図である。
【図5】従来のシステムの雑音指数の特性例を示す図である。
【符号の説明】
2 短波長通過カプラ
3 EDF
4 狭帯域カプラ
5 分岐カプラ
6 1.48μm帯励起LD
Claims (2)
- 入力される信号光を増幅する光ファイバ増幅器であって、
第1の端子から入力された光を第2の端子から出力するEDF(Erbium−Doped Fiber)と、
励起光を出力し、電流値によってその中心波長が変動する励起LD(Laser Diode)と、
前記励起光を第1及び第2の分岐光に所定の比率で分岐する分岐カプラと、
前記信号光と前記第1の分岐光を合流して前記第1の端子に供給する第1のカプラと、
前記第2の端子から出力される光を通過させ、前記第2の分岐光を前記第2の端子に供給する第2のカプラと、を備え、
前記第1のカプラは、励起光通過特性が短波長通過型で、前記励起光のパワー変化に伴う前記励起光の波長の変動域内の波長の光及び前記信号光を透過し、
前記第2のカプラは、励起光通過特性が狭帯域通過型で、前記変動域内の所定の波長以下の光を遮断し、前記所定の波長以上の光及び前記信号光を透過し、
前記励起LDの駆動電流または温度を制御することで前記励起光の中心波長を調整し、
前記第2のカプラの励起光通過特性を利用して、前記第1のカプラから前記EDFへ入力される前方励起と前記第2のカプラから前記EDFへ入力される後方励起の励起パワー比率について、入力信号数が少ない低出力時には入力信号数が多い高出力時よりも前記前方励起の比率を高めることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 前記励起LDは、1.48μm帯の励起光を出力するものであることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅器。
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