JP4514920B2

JP4514920B2 - Optical fiber amplifier

Info

Publication number: JP4514920B2
Application number: JP2000249130A
Authority: JP
Inventors: 守橋本; 実 ▲吉▼田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-08-21
Also published as: JP2002064234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光直接増幅装置として希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器が広く知られている。かかる光ファイバ増幅器は、一般に、信号光入力部、励起光源、波長合波器、希土類元素ドープファイバ及び増幅信号光出力部を有し、外部から信号光入力部に入力された信号光と励起光源からの励起光とが波長合波器に入力されてそれらの合波が出力され、その合波が希土類元素ドープファイバに入力されて増幅信号光として出力され、それを増幅信号光出力部から外部に出力する構成となっているものである。
【０００３】
また、特開平１０−１５４８４０号公報には、波長合波器より信号光入力部側の部位と希土類元素ドープファイバより増幅信号高出力部側の部位とを光バンドパスフィルタを介して接続して形成された帰還ループが設けられた光ファイバ増幅器が開示されており、かかる構成により、希土類元素ドープファイバから放出される自然放出光が帰還ループを循環し、その帰還ループがリングレーザとして動作することとなり、そして、帰還ループの利得が１であることから希土類元素ドープファイバの利得がループの損失を補償する値に定まることとなるため、入力される信号光のパワーの大きさに関わらず希土類元素ドープファイバが一定の利得に固定されると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光ファイバ増幅器の励起光源としてはレーザダイオード等が用いられるが、特に励起光源から発せられる励起光のパワーの制御（ＬＤの場合、励起ＬＤ電流の制御）を行わなくても所要の希土類元素ドープファイバの利得を得ることができるとの観点からかかる制御は行われていない。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光源から発せられる励起光のパワーを制御することにより、雑音指数の低い状態で動作する光ファイバ増幅器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、希土類元素ドープファイバ増幅器に、波長合波器より信号光入力部側の部位と希土類元素ドープファイバより増幅信号高出力部側の部位とを光フィルタを介してバイパス接続して形成された自動利得制御ループを設け、その自動利得制御ループを循環する発振光のパワーをモニタして、モニタされた発振光パワーに基づいて、励起光源からの励起光のパワーを制御するようにしたものである。
【０００７】
具体的には、本発明は、
外部から信号光が入力される信号光入力部と、
励起光を発する励起光源と、
上記信号光入力部からの信号光と上記励起光源からの励起光とが入力され、それらを合波する波長合波器と、
上記波長合波器からの信号光と励起光との合波が入力され、信号光を増幅する希土類元素ドープファイバと、
上記希土類元素ドープファイバで増幅された増幅信号光を外部に出力する増幅信号光出力部と、を有する増幅器本体回路を備え、
上記増幅器本体回路における上記信号光入力部と上記波長合波器との間と上記希土類元素ドープファイバと増幅信号光出力部との間とを、特定波長の光のみを透過する光フィルタを介設したバイパス路で接続し、該希土類元素ドープファイバから発生した自然放出光が該波長合波器及び該光フィルタを経て再び該希土類元素ドープファイバに戻って循環する発振光となり、この循環する発振光が該希土類元素ドープファイバによって繰り返し増幅されて発振光パワーが飽和状態となった際に該希土類元素ドープファイバの利得が一定となるように構成された自動利得制御ループを設けた光ファイバ増幅器において、
上記自動利得制御ループを循環する発振光のパワーをモニタし、モニタした発振光パワーに基づいて、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となり、且つ希土類元素ドープファイバの利得が発振光パワーが飽和状態であるときの利得と略同一となるように上記励起光源からの励起光のパワーをフィードバック制御する励起光源制御部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
入力された信号光のパワーが小さい小信号入力時では、増幅信号光パワーが非飽和状態であって且つ発振光パワーが飽和状態であり、希土類元素ドープファイバの利得が一定となると共に発振光パワーも一定となる。また、入力された信号光のパワーが大きい大信号入力時では、増幅信号光パワーが飽和状態であって且つ発振光パワーが非飽和状態であり、希土類元素ドープファイバの利得が小信号入力時よりも小さい一定値となると共に発振光パワーが小信号入力時よりも小さい一定値となり、さらに、増幅信号光の出力パワーが小信号入力時よりも小さい一定値となる。そして、小信号入力時と大信号入力時との間の過渡時では、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態であり、小信号入力時から大信号入力時に近くなるに従って希土類元素ドープファイバの利得が徐々に低下すると共に発振光パワーも徐々に小さくなる。本発明の上記構成によれば、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となる小信号入力時と過渡時の臨界時又は過渡時乃至大信号入力時が実現されるように、励起光源からの励起光のパワーがフィードバック制御されている、すなわち、モニタされた発振光パワーに基づいて、発振光パワーが小信号入力時のもの以下となるように励起光パワーが制御されているので、光ファイバ増幅器が雑音指数の低い領域で動作することとなり、低雑音の光ファイバ増幅器が構成されることとなる。また、従来の光ファイバ増幅器では、励起光パワーの制御がなされていなかったので、場合によっては必要以上の励起光パワーが消費されていたが、上記の構成によれば、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となり且つ希土類元素ドープファイバの利得が小信号入力時の利得と略同一となる状態、すなわち、小信号入力時と過渡時の臨界状態又は過渡時における小信号入力時に近い状態が実現されるように励起光パワーの制御がなされ、必要最低限の励起光パワーにより小信号入力時と略同一の希土類元素ドープファイバの利得を得ることができることとなるので、従来と比べて励起光源の省電力化を図ることができる。また、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態、すなわち、小信号入力時と過渡時との臨界状態が実現されるように制御を行えば、励起光源の省電力化の効果が最も大きいものとなる。ここで、希土類元素ドープファイバの利得が「略同一」であるとは利得差が１ｄＢ以内であることを意味する。
【０００９】
なお、希土類元素ドープファイバとしては、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）が好適に用いられるが、プラセオジウム（Ｐｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）又はネオジム（Ｎｄ）がドープされたものであってもよい。また、希土類元素ドープファイバは、発振光パワーが飽和状態の際、自動利得制御ループによりそのループ損失に対応した値の利得に一定化制御されるが、その利得を所定値とするために、アテネータやサーキュレータ等の光減衰要素を自動利得制御ループに介設するようにしてもよい。
【００１０】
また、励起光源制御部は、自動利得制御ループにおけるバイパス路から発振光パワーモニタするように構成されていることが好ましい。例えば、自動利得制御ループにおける波長合波器と希土類元素ドープファイバとの間の部分の発振光をモニタするように構成すると、増幅される信号光もその部分を伝送されるため、発振光をモニタすることによりその信号光に悪影響を及ぼす虞があるが、上記の構成によれば、増幅される信号光に悪影響を与えることなく発振光のモニタを行うことができることとなる。
【００１１】
さらに、励起光源制御部は、自動利得制御ループから発振光を分岐して取り出す分岐カプラと、その分岐カプラにより取り出した発振光を電気信号に変換する光電変換素子と、その光電変換素子によって変換された電気信号に基づいて励起光源からの励起光のパワーを制御する制御部本体とを備えていることが好ましい。発振光を分光器やフィルタで取り出してフィードバック制御したのでは複雑な装置が必要となるが、かかる構成によれば、光電変換素子によって変換された電気信号に基づいてアナログ的な処理によって極めて簡単に励起光源の制御することができることとなる。ここで、光電変換素子としてはフォトダイオードやフォトトランジスタ等を挙げることができる。
【００１２】
そして、増幅器本体回路におけるバイパス路の分岐部には、信号光入力部からの信号光が波長合波器に入力され且つ自動利得制御ループを循環する発振光が上記光減衰器に入力されるように伝送する第１サーキュレータが設けられていると共に、増幅器本体回路におけるバイパス路の合流部には、希土類元素ドープファイバからの増幅信号光が増幅信号光出力部から出力され且つ自動利得制御ループを循環する発振光が希土類元素ドープファイバに入力されるように伝送する第２サーキュレータが設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、信号光入力部からの入力信号光及び希土類元素ドープファイバからの増幅信号光が、光フィルタ側に伝送されることなく、全て波長合波器及び増幅信号光出力部にそれぞれ伝送されることとなるので、入力された信号光及び増幅信号光のロスが防止されることとなる。また、発振光は、信号光の進路と逆向きに自動利得制御ループを循環することとなるので、発振光が増幅信号光出力部から出力されることがない。ここで、第１サーキュレータ及び第２サーキュレータは、それぞれ別個に構成されるものであっても、１つのサーキュレータにより構成されるものであってもよい。なお、自動利得制御ループにアイソレータを介設しても同様の効果を得ることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となる小信号入力時と過渡時の臨界時又は過渡時乃至大信号入力時が実現されるように、励起光源からの励起光のパワーがフィードバック制御されているので、光ファイバ増幅器が雑音指数の低い領域で運転されることとなり、低雑音の光ファイバ増幅器を構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器１を示す。
【００１６】
＜増幅器本体部回路＞
増幅器本体部回路２は、信号光入力部３、第１サーキュレータ４、励起レーザダイオード（以下「励起ＬＤ」と称する）６が接続された波長合波器５、エルビウムドープファイバ（以下「ＥＤＦ」と称する）７、第２サーキュレータ８及び増幅信号光出力部９が順に光信号パスによって連結されて形成されている。すなわち、この光ファイバ増幅器１は、エルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦＡ）と称され、外部から信号光入力部３に入力された信号光を第１サーキュレータ４経由で波長合波器５に入力した後、波長合波器５で信号光と励起ＬＤ６から発された励起光とを合波し、次いで、その合波をＥＤＦ７に入力して信号光を増幅し、増幅された信号光を第２サーキュレータ８経由で増幅信号光出力部９から外部に出力するものである。
【００１７】
ここで、信号光入力部３は、通信用光ファイバ等により伝送されてきた信号光を外部から入力する部分をなしている。
【００１８】
第１サーキュレータ４は、３つの端子のうちのある端子に入力された光を隣接するいずれかの端子に出力するものであり、１Ａ端子４ａに入力された光は１Ｂ端子４ｂに出力され、また、１Ｂ端子４ｂに入力された光は１Ｃ端子４ｃに出力される構成となっている。従って、信号光入力部３からの信号光は１Ａ端子４ａに入力されて１Ｂ端子４ｂに出力されることとなる。
【００１９】
波長合波器５は、入力された信号光と波長合波器５に接続された励起ＬＤ６からの励起光とを合波するものである。ここで、励起ＬＤ６は、ＥＤＦ７に含まれるエルビウムを励起するための励起光を発するものであり、励起光波長が１．４８μｍであるＩｎＧａＡｓＰのＬＤが用いられている。このＩｎＧａＡｓＰのＬＤは、励起光波長がＥＤＦ７が増幅する１．５５μｍ帯の光と波長が近いことから、励起光から信号光への変換効率が約８０％と大きいものである。
【００２０】
ＥＤＦ７は、コアにエルビウムがドープされた光ファイバであり、エルビウムが励起光を受けて励起されてエネルギー順位が反転分布状態となり、励起状態から基底状態に移行する際に放出するエネルギーを信号光に与える誘導放出により信号光を増幅するものである。このＥＤＦ７は、１．５５μｍ帯の光を増幅する特性が特に優れているが、他の波長の光の増幅特性をも高めるべくＡｌが共ドープされている。
【００２１】
第２サーキュレータ８は、第１サーキュレータ４と同一のものであり、２Ａ端子８ａに入力された光は２Ｂ端子８ｂに出力され、また、２Ｂ端子８ｂに入力された光は２Ｃ端子８ｃに出力される構成となっている。従って、ＥＤＦ７からの増幅信号光は２Ａ端子８ｂに入力されて２Ｂ端子８ｃに出力されることとなる。
【００２２】
増幅信号光出力部９は、ＥＤＦ７によって増幅された増幅信号光を外部に出力する部分をなしている。
【００２３】
＜自動利得制御ループ部＞
第１サーキュレータ４と第２サーキュレータ８とは、前者が分岐部で後者が合流部として光信号パスによってバイパス接続されており、そのバイパス路には第１サーキュレータ４側からバンドパスフィルタ１０、分岐カプラ１１及びアテネータ１２が順に介設されている。そして、これによって、ＥＤＦ７から放出される自然放出光が、波長合波器５を経て、第１サーキュレータ４の１Ｂ端子４ｂに入力されて１Ｃ端子４ｃから出力され、バンドパスフィルタ１０、分岐カプラ１１及びアテネータ１２を順に経て、第２サーキュレータ８の２Ｃ端子８ａに入力されて２Ａ端子８ｂから出力され、再びＥＤＦ７へと戻って循環し、発振光を生じる自動利得制御ループ１３が構成されている。この自動利得制御ループ１３を循環する発振光は、波長合波器５によって励起光と合波されてＥＤＦ７によって繰り返し増幅されるが、最終的には発振光パワーがループを一周する間に損失するパワー分だけが補填されるだけで所定パワー以上に増幅されない飽和状態となり、このとき、ＥＤＦ７の利得は自動利得制御ループ１３のループロスに対応する所定値に固定され、信号光入力部３からの信号光のパワーの大きさに関わりなく、ＥＤＦ７が同一の利得で動作することとなる。
【００２４】
ここで、バンドパスフィルタ１０は、特定波長の光のみを透過すると共に他の波長の光を遮断するものであり、自動利得制御ループ１３に安定した発振光を生じさせる機能を果たしている。
【００２５】
分岐カプラ１１は、自動利得制御ループ１３に生じた発振光を分岐して取り出すものである。
【００２６】
アテネータ１２は、発振光パワーを減衰させるものであり、ＥＤＦ７の利得が自動利得制御ループ１３のループロスの値に対応して固定化されることから、そのループロスを所定の値にするために設けられているものである。
【００２７】
但し、自動利得制御ループ１３によりＥＤＦ７が同一の利得で動作するのは、入力される信号光が小さく、増幅信号光パワーが非飽和状態であって且つ発振光パワーが飽和状態である小信号入力時に限られる。入力された信号光のパワーが大きい大信号入力時では、増幅信号光パワーが飽和状態であって且つ発振光パワーが非飽和状態であり、ＥＤＦ７の利得が小信号入力時よりも小さい一定値となると共に発振光パワーが小信号入力時よりも大きい一定値となり、増幅信号光の出力パワーが小信号入力時よりも小さい一定値となる。小信号入力時と大信号入力時との間の過渡時では、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態であり、小信号入力時から大信号入力時に近くなるに従ってＥＤＦ７の利得が徐々に低下すると共に発振光パワーも徐々に低下する。
【００２８】
＜励起ＬＤ制御部＞
分岐カプラ１１からの分岐部には光電変換素子としてのモニタフォトダイオード（以後「モニタＰＤ」と称する）１４が光信号パスにより接続されており、モニタＰＤ１４は電気信号パスにより制御部本体１５に繋げられ、制御部本体１５は電気信号パスにより励起ＬＤ６に繋げられている。これによって、自動利得制御ループ１３に生じた発振光を分岐カプラ１１によって取り出し、その発振光パワーをモニタＰＤ１４により電気信号に変換して制御部本体１５に送り、制御部本体１５によってその電気信号値を判定し、その判定結果に基づいた励起ＬＤ電流が制御部本体１５から励起ＬＤ６に送られる励起ＬＤ制御部１６が構成されている。
【００２９】
具体的な制御に関して図２のフローチャートに従って説明する。
【００３０】
スタートして、まず、Ｓ１で設定された発振光パワーの目標値（Ｐｏ）を読み込む。発振光パワーのこの目標値は、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態となるような低信号入力時に極めて近い過渡時の状態が実現されるものである。次いで、Ｓ２で発振光パワー（Ｐ）をモニタする。続いて、Ｓ３でモニタした発振光パワー（Ｐ）が設定された発振光パワー（Ｐｏ）と等しいかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はＳ４に進み、励起ＬＤ電流の保持を実行してＳ２に戻る。ＮＯの場合はＳ５に進む。Ｓ５でモニタした発振光（Ｐ）が目標値（Ｐｏ）よりも大きいかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はＳ６に進み、励起ＬＤ電流の減少を実行してＳ２に戻る。ＮＯの場合はＳ７に進み、励起ＬＤ電流の増加を実行してＳ２に戻る。
【００３１】
例えば、励起ＬＤの出力を最大にして光ファイバ増幅器１の運転を開始するとする。運転開始時点は、増幅信号光パワーが非飽和状態であって且つ発振光パワーが飽和状態である低信号入力時に該当し、ＥＤＦ７が一定の利得で動作すると共にモニタされる発振光パワーも目標値よりも大きい一定値を示す。
【００３２】
次いで、発振光パワーは目標値よりも大きいため励起ＬＤ６の出力は徐々に下がってゆくこととなる。この時点も低信号入力時に該当し、ＥＤＦ７の利得及びモニタされる発振光パワー共に一定値で推移する。
【００３３】
そして、一定値で推移していた発振光パワーはあるところから減少を始め、それが目標値に等しくなった時点で励起ＬＤ６の出力の低下が停止して出力が維持される。発振光パワーが減少を開始する時点は、発振光パワーが飽和状態から非飽和状態となる臨界状態に該当する。発振光パワーが目標値に等しくなった時点は、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態であって、低信号入力時に極めて近い過渡時に該当し、しかも、ＥＤＦ７の利得が小信号入力時と略同一の利得を示す。
【００３４】
この以後は、モニタした発振光パワーが目標値よりも低くなれば（入力された信号光のパワーが小さくなる）、励起ＬＤ６の出力が増大し、モニタした発振光パワーが目標値よりも高くなれば（入力された信号光のパワーが大きくなる）、励起ＬＤ６の出力が低下して発振光パワーが目標値を維持するように制御がなされる。
【００３５】
＜作用・効果＞
上記構成の光ファイバ増幅器１によれば、発振光パワーが非飽和状態となるように、励起光源からの励起光のパワーがフィードバック制御されている、すなわち、モニタされた発振光パワーに基づいて、発振光パワーが小信号入力時よりも小さくなるように励起光パワーの制御がなされているので、光ファイバ増幅器１が雑音指数の低い領域で動作することとなり、低雑音の光ファイバ増幅器１が構成されることとなる。
【００３６】
また、ＥＤＦ７の利得が小信号入力時の利得と略同一となるようにフィードバック制御されている、すなわち、過渡時における小信号入力時に近い状態が実現されるように励起光パワーの制御がなされているので、必要最低限の励起光パワーにより小信号入力時と略同一のＥＤＦ７の利得を得ることができることとなり、励起光源の省電力化を図ることができる。
【００３７】
そして、第１サーキュレータ４及び第２サーキュレータ８が設けられているので、信号光入力部３からの信号光は、バンドパスフィルタ１０側に伝送されることなく、全てが波長合波器５側に伝送されることとなり、また、ＥＤＦ７からの増幅信号光は、アテネータ１２側に伝送されることなく、全てが増幅信号光出力部９に伝送され、入力信号光及び増幅信号光のロスの発生を防止することができる。加えて、発振光は、信号光の進路と逆向きに自動利得制御ループ１３を循環することとなるので、発振光が増幅信号光出力部９から出力されることがない。
【００３８】
また、分岐カプラ１１は、第１サーキュレータ４と第２サーキュレータ８とをバンドパスフィルタ１０等を介して接続したバイパス路、すなわち、入力された信号光及び増幅信号光が伝送されない部分に介設されているので、入力された信号光及び増幅信号光に悪影響を与えることなく発振光のモニタを行うことができる。
【００３９】
さらに、分岐カプラ１１から取り出した発振光をモニタＰＤ１４により光電変換するようにしているので、電気信号に基づいたアナログ的な処理によって極めて簡単に励起ＬＤ６の制御することができる。
【００４０】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、励起光源として励起光波長が１．４８μｍであるＩｎＧａＡｓＰの励起ＬＤ６を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、励起光波長が０．９８μｍであるＩｎＧａＡｓの励起ＬＤであってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、希土類元素ドープファイバとしてＥＤＦ７を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、プラセオジウム（Ｐｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）又はネオジム（Ｎｄ）がドープされたものであってもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、第１サーキュレータ４及び第２サーキュレータ８を用いて分岐部及び合流部を形成して自動利得制御ループ１３を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、カプラを用いて分岐部及び合流部を構成するようにしてもよい。但し、その場合は、信号光の進路と逆向きに発振光を循環させるようにアイソレータを介設することが好ましい。増幅信号光出力部から発振光が出力されるのを防止することができるからである。
【００４３】
また、自動利得制御ループ１３の作用によりＥＤＦ７の利得を所定値にするために、自動利得制御ループ１３に他の光減衰要素を介設するようにしてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、発振光パワーの目標値を設定して制御を行ったが、特にこれに限定されるものではなく、発振光パワーの目標範囲を設定して制御を行うようにしてもよい。
【００４５】
【実施例】
以下に示すような光ファイバ増幅器の動作実験を行った。
【００４６】
＜実験装置＞
図３に実験に用いた光ファイバ増幅器１の構成を示す。なお、上記実施形態に係る光ファイバ増幅器と同一部分は、同一符号で示す。
【００４７】
この光ファイバ増幅器１は、信号光入力部３、第１サーキュレータ４、分岐カプラ１１、励起光波長が１．４８μｍであるＩｎＧａＡｓＰの励起ＬＤ６が接続された波長合波器５、ＥＤＦ７、第２サーキュレータ８及び増幅信号光出力部９が順に光信号パスによって連結されて増幅器本体回路２が構成されており、信号光入力部３には、第１アテネータ１７を介して波長１５５０μｍの信号光を出力する光源１８が接続され、増幅信号光出力部９には第２アテネータ１９を介してオシロスコープ２０が接続されている。また、第１サーキュレータ４と第２サーキュレータ８とは光信号パスによってバイパス接続されており、そのバイパス路に第１サーキュレータ４側から順にバンドパスフィルタ１０及び第３アテネータ１２が介設されて自動利得制御ループ１３を形成している。さらに、分岐カプラ１１からの分岐部はモニタＰＤ（図示せず）に光信号パスで接続されており、モニタＰＤは制御部本体（図示せず）に電気信号パスで繋がれ、制御部本体は励起ＬＤ６に電気信号パスで繋がれている。そして、励起ＬＤ６からの励起光のパワーの目標値は、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態となって、低信号入力時に極めて近い過渡時が実現される値に設定した。
【００４８】
光ファイバ増幅器１の動作は実施形態の場合と同一である。
【００４９】
＜実験方法＞
励起ＬＤから発される励起光のパワーが２４．２３ｄＢｍ、２０．０７ｄＢｍ及び１５．４９ｄＢｍの３水準変量について、各励起光パワーについて自動利得制御ループのループロスを約１０ｄＢ、約２０ｄＢ、約３０ｄＢ及び７０ｄＢ以上の各場合に設定し、信号光パワーを−４０ｄＢｍから−２ｄＢｍまで変量した際の利得及び損失指数のデータを採取した。なお、このとき励起ＬＤの制御は行わなかった。
【００５０】
また、入力光パワーを−１５ｄＢｍとして光ファイバ増幅器の運転を開始し、その運転開始から２秒後に励起ＬＤの制御を開始した。このときの利得及び損失指数を経時的にデータ採取した。
【００５１】
＜実験結果＞
図４（ａ）〜（ｃ）は、信号光パワーと利得との関係を示す。同図によれば、自動利得制御ループのループロスが約１０ｄＢ、約２０ｄＢ及び約３０ｄＢのものは、信号光パワーによらず利得が一定値を示す領域と、信号光パワーの増大に伴って利得が低下する領域と、ループロスの値によらず同一の利得を示す部分との３つのパートを有する特性を示している。信号光パワーによらず利得が一定値を示している領域は、発振光パワーが飽和状態となることにより自動利得制御が有効に機能している小信号入力時である。入力される信号光パワーの増大に伴って利得が低下する領域は、入力される信号光パワーが大きいために発振光パワーが不飽和状態となり、自動利得制御が完全なる機能を発揮していない過渡時である。ループロスの値によらず同一の利得を示す部分は、増幅信号光パワーが飽和状態となっている大信号入力時である。ループロスが７０ｄＢ以上では、上記のような３つのパートが明確ではない。これは、自動利得制御により一定化されるＥＤＦの利得は自動利得制御ループのループロスに対応して決まるものであるが、ＥＤＦ固有の利得がループロス７０ｄＢ以上に対応して決まる利得よりも小さいために自動利得制御が有効に機能しなかったものと考えられる。
【００５２】
また、図４（ａ）〜（ｃ）を比較すると、励起光パワーが大きくなるほど、自動利得制御される信号光パワーの範囲が広くなっているのが分かる。従って、例えば、信号光パワーが−１５ｄＢｍのときには、励起光パワーが２４．２３ｄＢｍであっても２０．０７ｄＢｍであっても同一の利得が得られることから、信号光パワーの大きさに対応して励起光パワーを必要最低限度にする制御（常に小信号入力時と過渡時との臨界点近傍状態が実現されるようにする）を行えば、励起ＬＤの省電力化を図ることができる。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、信号光パワーと雑音指数との関係を示す。同図によれば、自動利得制御ループのループロスがいずれのデータであっても、信号光パワーが大きい部分では小さい部分に比較して雑音指数が低くなっている。これは小信号入力時では雑音指数が相対的に高く、過渡時及び大信号入力時では雑音指数が相対的に低いというように対応付けることができる。従って、小信号入力時と過渡時の臨界状態又は過渡時乃至大信号入力時の状態が実現されるような制御をするようにすれば、雑音指数を低く抑えることができる。
【００５４】
図６は、図４及び５から自動利得制御ループのループロスが約２０ｄＢの場合における信号光パワーが−５ｄＢｍ、−１０ｄＢｍ、−１５ｄＢｍ及び−２０ｄＢｍのときの利得及び雑音指数のデータを抽出し、それらと励起光パワーとの関係を示したものである。同図によれば、利得及び雑音指数共に励起光パワーが小さくなるに従って低下するのが分かる。信号光パワーが−５ｄＢｍの場合、励起光パワーが２５ｄＢｍから２０ｄＢｍに低下すると、利得は僅かしか低下しないのに対し、雑音指数は１ｄＢも低下する。従って、利得の低下と雑音指数の低下とのバランスを考慮して励起光パワーを設定することにより、高いＥＤＦの利得を維持しつつ、雑音指数を低下させることができるということが言える。
【００５５】
図７は、光ファイバ増幅器の運転開始からの経過時間と利得及び損失指数との関係を示す。同図によれば、運転開始して２秒後に励起ＬＤ制御を開始し、その後２秒間（運転開始から４秒）に雑音指数は約７ｄＢから６ｄＢ強まで低下し低るのに対し、利得はほとんど変化なく推移しているのが分かる。すなわち、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態となるような低信号入力時に極めて近い過渡時の状態が実現されるように制御することにより、自動利得制御により一定化されたＥＤＦの利得と同一のＥＤＦの利得を維持しつつ、雑音指数を低下させることができ、しかも、励起光パワーが最小限度で動作することとなることから励起ＬＤの省電力化をも図ることができるということが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器の制御を示すフローチャートである。
【図３】実施例の実験に使用した光ファイバ増幅器のブロック図である。
【図４】信号光パワーと利得との関係を示すグラフ図である。
【図５】信号光パワーと損失指数との関係を示すグラフ図である。
【図６】励起光パワーと利得及び損失指数の関係を示すグラフ図である。
【図７】光ファイバ増幅器の運転開始からの経過時間と利得及び損失指数との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１光ファイバ増幅器
２増幅器本体部回路
３信号光入力部
４第１サーキュレータ
４ａ１Ａ端子
４ｂ１Ｂ端子
４ｃ１Ｃ端子
５波長合波器
６励起レーザダイオード（励起ＬＤ）
７エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
８第２サーキュレータ
８ａ２Ａ端子
８ｂ２Ｂ端子
８ｃ２Ｃ端子
９増幅信号光出力部
１０バンドパスフィルタ
１１分岐カプラ
１２，１７，１９アテネータ
１３自動利得制御ループ
１４モニタフォトダイオード（モニタＰＤ）
１５制御部本体
１６励起ＬＤ制御部
１８光源
２０オシロスコープ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an optical fiber amplifier.
[0002]
[Prior art]
  An optical fiber amplifier using a rare earth element-doped fiber is widely known as an optical direct amplification device. Such an optical fiber amplifier generally includes a signal light input unit, a pumping light source, a wavelength multiplexer, a rare earth element doped fiber, and an amplified signal light output unit, and the signal light input from the outside to the signal light input unit and the pumping light source The excitation light from the light is input to the wavelength combiner and the combined light is output, and the combined light is input to the rare earth element-doped fiber and output as amplified signal light, which is output from the amplified signal light output unit to the outside. It is the structure which outputs to.
[0003]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-154840 connects a portion on the signal light input side from the wavelength multiplexer and a portion on the amplified signal high output side from the rare earth element doped fiber via an optical bandpass filter. An optical fiber amplifier provided with a formed feedback loop is disclosed. With such a configuration, spontaneous emission light emitted from a rare earth element-doped fiber circulates in the feedback loop, and the feedback loop operates as a ring laser. Since the gain of the feedback loop is 1, the gain of the rare earth element doped fiber is determined to be a value that compensates for the loss of the loop, so that the rare earth element is used regardless of the magnitude of the input signal light power. Dope phiBaIt is described as being fixed at a certain gain.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, a laser diode or the like is used as a pumping light source of such an optical fiber amplifier, but it is necessary even without controlling the power of pumping light emitted from the pumping light source (in the case of LD, controlling the pumping LD current). Such control is not performed from the viewpoint that the gain of the rare earth element doped fiber can be obtained.
[0005]
  The present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to provide an optical fiber amplifier that operates in a low noise figure state by controlling the power of pumping light emitted from the pumping light source. There is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is formed by bypassing a rare earth element-doped fiber amplifier by bypassing a portion on the signal light input side from the wavelength multiplexer and a portion on the amplified signal high output side from the rare earth element doped fiber through an optical filter. An automatic gain control loop is provided, the power of the oscillation light circulating through the automatic gain control loop is monitored, and the power of the excitation light from the excitation light source is controlled based on the monitored oscillation light power. It is.
[0007]
  Specifically, the present invention provides:
  A signal light input unit to which signal light is input from the outside;
  An excitation light source that emits excitation light;
  A wavelength multiplexer that receives the signal light from the signal light input unit and the excitation light from the excitation light source, and combines them;
  A rare earth element-doped fiber for amplifying the signal light, into which the signal light and the excitation light from the wavelength multiplexer are combined, and
  An amplified signal light output unit that outputs the amplified signal light amplified by the rare earth element-doped fiber to the outside,
  An optical filter that transmits only light of a specific wavelength is interposed between the signal light input unit and the wavelength multiplexer in the amplifier body circuit and between the rare earth element-doped fiber and the amplified signal light output unit. The spontaneous emission light generated from the rare earth element-doped fiber is oscillated light that returns to the rare earth element doped fiber and circulates again through the wavelength multiplexer and the optical filter. In an optical fiber amplifier provided with an automatic gain control loop configured so that the gain of the rare earth element doped fiber becomes constant when the oscillation light power is saturated by being repeatedly amplified by the rare earth element doped fiber,
  The power of the oscillating light circulating through the automatic gain control loop is monitored, and based on the monitored oscillating light power, the oscillating light power becomes a critical state or a non-saturated state between a saturated state and a non-saturated state.And the gain of the rare earth element-doped fiber is substantially the same as the gain when the oscillation light power is saturated.As described above, an excitation light source control unit that feedback-controls the power of excitation light from the excitation light source is provided.
[0008]
  When the input signal light power is small and the small signal is input, the amplified signal light power is not saturated and the oscillation light power is saturated, the gain of the rare earth element-doped fiber is constant, and the oscillation light power is constant. Is also constant. In addition, when the input signal light has a large power, the amplified signal light power is saturated and the oscillation light power is non-saturated, and the gain of the rare earth element doped fiber is smaller than when the small signal is input. The oscillation light power becomes a constant value smaller than that when a small signal is input, and the output power of the amplified signal light becomes a constant value smaller than that when a small signal is input. In the transition between the small signal input and the large signal input, both the amplified signal light power and the oscillation light power are in a non-saturated state, and the rare earth element-doped fiber becomes closer to the large signal input from the small signal input. The gain of the laser beam gradually decreases and the oscillation light power also gradually decreases. According to the above configuration of the present invention, a small signal input state where the oscillation light power is in a critical state between a saturated state and a non-saturated state or a non-saturated state, a critical time in a transient state, or a transient state or a large signal input state is realized. As described above, the pump light power from the pump light source is feedback-controlled, that is, the pump light power is set so that the oscillating light power is equal to or less than that at the time of small signal input based on the monitored oscillating light power. Since the optical fiber amplifier is controlled, the optical fiber amplifier operates in a low noise figure region, and a low noise optical fiber amplifier is configured.Further, in the conventional optical fiber amplifier, since the pumping light power was not controlled, the pumping light power more than necessary was consumed in some cases. However, according to the above configuration, the oscillation light power is saturated. And a state where the gain of the rare earth element doped fiber becomes substantially the same as the gain at the time of small signal input, that is, at the critical state or at the time of transient The pumping light power is controlled so that a state close to that at the time of small signal input is realized, and the gain of the rare earth element-doped fiber almost the same as that at the time of small signal input can be obtained with the minimum necessary pumping light power. Thus, it is possible to achieve power saving of the excitation light source as compared with the conventional case. In addition, if the oscillation light power is controlled so that a critical state between a saturated state and a non-saturated state, that is, a critical state between a small signal input and a transient state is realized, the effect of power saving of the pumping light source can be obtained. It will be the largest. Here, that the gain of the rare earth element-doped fiber is “substantially the same” means that the gain difference is within 1 dB.
[0009]
  As the rare earth element-doped fiber, an erbium-doped fiber (EDF) having a core doped with erbium (Er) is preferably used, but praseodymium (Pr), ytterbium (Yb), or neodymium (Nd) is doped. It may be a thing. The rare earth element-doped fiber is controlled to be constant at a gain corresponding to the loop loss by an automatic gain control loop when the oscillation light power is saturated. In order to set the gain to a predetermined value, the attenuator is used. Or an optical attenuating element such as a circulator may be provided in the automatic gain control loop.
[0010]
  The pumping light source controller is preferably configured to monitor the oscillation light power from a bypass path in the automatic gain control loop. For example, if the automatic gain control loop is configured to monitor the oscillation light in the portion between the wavelength multiplexer and the rare earth element doped fiber, the amplified signal light is also transmitted through that portion, so the oscillation light is monitored. In this case, the signal light may be adversely affected. However, according to the above configuration, the oscillation light can be monitored without adversely affecting the amplified signal light.
[0011]
  Further, the excitation light source control unit is converted by the branch coupler that branches out the oscillation light from the automatic gain control loop, the photoelectric conversion element that converts the oscillation light extracted by the branch coupler into an electrical signal, and the photoelectric conversion element. It is preferable to include a control unit main body that controls the power of the excitation light from the excitation light source based on the electrical signal. If a oscillating light is extracted by a spectroscope or a filter and feedback controlled, a complicated device is required. However, according to such a configuration, it is very easy to perform analog processing based on an electric signal converted by a photoelectric conversion element. The excitation light source can be controlled. Here, examples of the photoelectric conversion element include a photodiode and a phototransistor.
[0012]
  Then, the signal light from the signal light input unit is input to the wavelength multiplexer and the oscillation light that circulates through the automatic gain control loop is input to the optical attenuator at the branch portion of the bypass path in the amplifier body circuit. A first circulator for transmission to the amplifier circuit, and the amplified signal light from the rare earth element doped fiber is output from the amplified signal light output unit and circulates in the automatic gain control loop at the junction of the bypass path in the amplifier body circuit It is preferable that a second circulator is provided that transmits the oscillation light to be input to the rare earth element-doped fiber. According to such a configuration, the input signal light from the signal light input unit and the amplified signal light from the rare earth element doped fiber are all transmitted to the wavelength multiplexer and the amplified signal light output unit without being transmitted to the optical filter side, respectively. Since transmission is performed, loss of the input signal light and the amplified signal light is prevented. Further, since the oscillation light circulates through the automatic gain control loop in the direction opposite to the path of the signal light, the oscillation light is not output from the amplified signal light output unit. Here, the first circulator and the second circulator may be configured separately or may be configured by one circulator. A similar effect can be obtained even if an isolator is provided in the automatic gain control loop.
[0013]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, when the oscillation light power is in a critical state between a saturated state and a non-saturated state or in a non-saturated state, a critical time in a transient state or a transient state or a large signal input state Since the power of pumping light from the pumping light source is feedback-controlled so that the optical fiber amplifier is operated in a low noise figure region, a low-noise optical fiber amplifier can be configured. it can.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
  FIG. 1 shows an optical fiber amplifier 1 according to an embodiment of the present invention.
[0016]
  <Amplifier body circuit>
  The amplifier main body circuit 2 includes a signal light input unit 3, a first circulator 4, a wavelength multiplexer 5 to which an excitation laser diode (hereinafter referred to as "excitation LD") 6 is connected, an erbium doped fiber (hereinafter referred to as "EDF") 7), a second circulator 8 and an amplified signal light output unit 9 are sequentially connected by an optical signal path. That is, this optical fiber amplifier 1 is called an erbium-doped fiber amplifier (EDFA), and after the signal light input from the outside to the signal light input unit 3 is input to the wavelength multiplexer 5 via the first circulator 4, The wavelength combiner 5 combines the signal light and the excitation light emitted from the excitation LD 6, and then inputs the combined signal to the EDF 7 to amplify the signal light. The amplified signal light is then supplied to the second circulator 8. The signal is output from the amplified signal light output unit 9 to the outside.
[0017]
  Here, the signal light input unit 3 is a part for inputting signal light transmitted from a communication optical fiber or the like from the outside.
[0018]
  The first circulator 4 outputs light input to one of the three terminals to one of the adjacent terminals, and the light input to the 1A terminal 4a is output to the 1B terminal 4b. The light input to the 1B terminal 4b is output to the 1C terminal 4c. Therefore, the signal light from the signal light input unit 3 is input to the 1A terminal 4a and output to the 1B terminal 4b.
[0019]
  The wavelength multiplexer 5 multiplexes the input signal light and the excitation light from the excitation LD 6 connected to the wavelength multiplexer 5. Here, the excitation LD 6 emits excitation light for exciting erbium contained in the EDF 7, and an InGaAsP LD having an excitation light wavelength of 1.48 μm is used. This InGaAsP LD has a wavelength as high as that of the 1.55 μm band light excited by the EDF 7 and has a conversion efficiency from pump light to signal light as high as about 80%.
[0020]
  The EDF 7 is an optical fiber having a core doped with erbium, and the erbium is excited by receiving excitation light to have an energy distribution in an inverted distribution state. The energy emitted when the transition from the excited state to the ground state is made into signal light. Signal light is amplified by stimulated emission. The EDF 7 is particularly excellent in the characteristic of amplifying light in the 1.55 μm band, but Al is co-doped to enhance the amplification characteristics of light of other wavelengths.
[0021]
  The second circulator 8 is the same as the first circulator 4, and the light input to the 2A terminal 8a is output to the 2B terminal 8b, and the light input to the 2B terminal 8b is output to the 2C terminal 8c. It is the composition which becomes. Therefore, the amplified signal light from the EDF 7 is input to the 2A terminal 8b and output to the 2B terminal 8c.
[0022]
  The amplified signal light output unit 9 is a part that outputs the amplified signal light amplified by the EDF 7 to the outside.
[0023]
  <Automatic gain control loop section>
  The first circulator 4 and the second circulator 8 are bypassed by an optical signal path, with the former being a branching portion and the latter being a joining portion, and a bandpass filter 10 and a branching coupler are connected to the bypass path from the first circulator 4 side. 11 and an attenuator 12 are provided in this order. As a result, the spontaneously emitted light emitted from the EDF 7 is input to the 1B terminal 4b of the first circulator 4 and output from the 1C terminal 4c via the wavelength multiplexer 5, and the bandpass filter 10 and the branch coupler 11 are output. And an attenuator 12 in order, an automatic gain control loop 13 is formed which is input to the 2C terminal 8a of the second circulator 8 and output from the 2A terminal 8b, and returns to the EDF 7 and circulates to generate oscillation light. The oscillation light circulating through the automatic gain control loop 13 is combined with the excitation light by the wavelength multiplexer 5 and repeatedly amplified by the EDF 7. Eventually, the oscillation light power is lost while making a round of the loop. Only the amount of power is compensated, and the saturated state is not amplified beyond the predetermined power. At this time, the gain of the EDF 7 is fixed to a predetermined value corresponding to the loop loss of the automatic gain control loop 13, and the signal from the signal light input unit 3 is Regardless of the magnitude of the light power, the EDF 7 operates with the same gain.
[0024]
  Here, the band-pass filter 10 transmits only light of a specific wavelength and blocks light of other wavelengths, and functions to generate stable oscillation light in the automatic gain control loop 13.
[0025]
  The branch coupler 11 branches and extracts the oscillation light generated in the automatic gain control loop 13.
[0026]
  The attenuator 12 attenuates the oscillating light power, and the gain of the EDF 7 is fixed corresponding to the value of the loop loss of the automatic gain control loop 13, so that the attenuator 12 is provided to set the loop loss to a predetermined value. It is what.
[0027]
  However, the EDF 7 operates with the same gain by the automatic gain control loop 13 because the input signal light is small, the amplified signal light power is non-saturated, and the oscillation light power is saturated. Limited at times. When the input signal light has a large power, the amplified signal light power is saturated and the oscillation light power is non-saturated, and the gain of the EDF 7 is a constant value smaller than that when the small signal is input. At the same time, the oscillation light power becomes a constant value larger than that when the small signal is input, and the output power of the amplified signal light becomes a constant value smaller than that when the small signal is input. At the time of transition between the small signal input and the large signal input, both the amplified signal light power and the oscillation light power are in a non-saturated state, and the gain of the EDF 7 gradually increases as it approaches the large signal input from the small signal input. As the power decreases, the oscillation light power gradually decreases.
[0028]
  <Excitation LD controller>
  A monitor photodiode (hereinafter referred to as “monitor PD”) 14 as a photoelectric conversion element is connected to the branch portion from the branch coupler 11 by an optical signal path, and the monitor PD 14 is connected to the control unit main body 15 by an electric signal path. The control unit main body 15 is connected to the excitation LD 6 by an electric signal path. As a result, the oscillation light generated in the automatic gain control loop 13 is extracted by the branch coupler 11, the oscillation light power is converted into an electrical signal by the monitor PD 14 and sent to the control unit body 15, and the electrical signal value is transmitted by the control unit body 15. The excitation LD control unit 16 is configured in which the excitation LD current based on the determination result is sent from the control unit main body 15 to the excitation LD 6.
[0029]
  Specific control will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0030]
  First, the target value (Po) of the oscillation light power set in S1 is read. This target value of the oscillating light power is to realize a transient state very close to a low signal input in which both the amplified signal light power and the oscillating light power are not saturated. Next, the oscillation light power (P) is monitored in S2. Subsequently, it is determined whether or not the oscillation light power (P) monitored in S3 is equal to the set oscillation light power (Po). If YES, the process proceeds to S4, the pumping LD current is held, and the process proceeds to S2. Return. If NO, the process proceeds to S5. It is determined whether or not the oscillation light (P) monitored in S5 is larger than the target value (Po). If YES, the process proceeds to S6, the excitation LD current is reduced, and the process returns to S2. If NO, the process proceeds to S7, the excitation LD current is increased, and the process returns to S2.
[0031]
  For example, assume that the operation of the optical fiber amplifier 1 is started by maximizing the output of the pump LD. The operation start time corresponds to a low signal input in which the amplified signal light power is in a non-saturated state and the oscillation light power is in a saturated state. The EDF 7 operates at a constant gain and the monitored oscillation light power is also a target value. A constant value larger than is shown.
[0032]
  Next, since the oscillation light power is higher than the target value, the output of the pump LD 6 gradually decreases. This time point also corresponds to the time of low signal input, and the gain of the EDF 7 and the oscillation light power to be monitored both change at a constant value.
[0033]
  Then, the oscillation light power that has been changing at a constant value starts to decrease from a certain point, and when it becomes equal to the target value, the decrease in the output of the pumping LD 6 stops and the output is maintained. The time when the oscillation light power starts to decrease corresponds to a critical state in which the oscillation light power changes from the saturated state to the non-saturated state. When the oscillating light power becomes equal to the target value, both the amplified signal light power and the oscillating light power are in a non-saturated state, which corresponds to a very close transition time when a low signal is input, and the gain of the EDF 7 is when a small signal is input. And substantially the same gain.
[0034]
  After this, if the monitored oscillation light power becomes lower than the target value (the power of the input signal light decreases), the output of the pumping LD 6 increases and the monitored oscillation light power becomes higher than the target value. If (the power of the input signal light increases), control is performed so that the output of the pumping LD 6 decreases and the oscillation light power maintains the target value.
[0035]
  <Action and effect>
  According to the optical fiber amplifier 1 configured as described above, the power of the pumping light from the pumping light source is feedback-controlled so that the power of the oscillating light is not saturated, that is, based on the monitored oscillating light power, Since the pumping light power is controlled so that the oscillation light power becomes smaller than that when a small signal is input, the optical fiber amplifier 1 operates in a low noise figure region, and the low-noise optical fiber amplifier 1 is configured. Will be.
[0036]
  Further, feedback control is performed so that the gain of the EDF 7 is substantially the same as the gain at the time of small signal input, that is, the pump light power is controlled so that a state close to that at the time of small signal input at the time of transition is realized. As a result, the gain of the EDF 7 that is substantially the same as that when a small signal is input can be obtained with the minimum necessary excitation light power, and the power consumption of the excitation light source can be reduced.
[0037]
  And since the 1st circulator 4 and the 2nd circulator 8 are provided, the signal light from the signal light input part 3 is not transmitted to the band pass filter 10 side, but all is on the wavelength multiplexer 5 side. In addition, the amplified signal light from the EDF 7 is not transmitted to the attenuator 12 side, but all is transmitted to the amplified signal light output unit 9, and the loss of the input signal light and the amplified signal light is generated. Can be prevented. In addition, since the oscillation light circulates through the automatic gain control loop 13 in the direction opposite to the path of the signal light, the oscillation light is not output from the amplified signal light output unit 9.
[0038]
  The branch coupler 11 is provided in a bypass path in which the first circulator 4 and the second circulator 8 are connected via a bandpass filter 10 or the like, that is, in a portion where the input signal light and the amplified signal light are not transmitted. Therefore, the oscillation light can be monitored without adversely affecting the input signal light and the amplified signal light.
[0039]
  Further, since the oscillation light extracted from the branch coupler 11 is photoelectrically converted by the monitor PD 14, the excitation LD 6 can be controlled very easily by analog processing based on the electrical signal.
[0040]
  (Other embodiments)
  In the above-described embodiment, an InGaAsP excitation LD 6 having an excitation light wavelength of 1.48 μm is used as an excitation light source. However, the present invention is not limited to this, and an InGaAs excitation LD having an excitation light wavelength of 0.98 μm is used. There may be.
[0041]
  Moreover, in the said embodiment, although EDF7 was used as a rare earth element dope fiber, it is not limited to this in particular, It is a thing doped with praseodymium (Pr), ytterbium (Yb), or neodymium (Nd), Also good.
[0042]
  In the above embodiment, the automatic gain control loop 13 is configured by forming the branching section and the merging section using the first circulator 4 and the second circulator 8, but the present invention is not limited to this, and the coupler is not limited to this. You may make it comprise a branch part and a junction part using. However, in that case, it is preferable to provide an isolator so that the oscillation light circulates in the direction opposite to the path of the signal light. This is because it is possible to prevent oscillation light from being output from the amplified signal light output unit.
[0043]
  Further, in order to set the gain of the EDF 7 to a predetermined value by the action of the automatic gain control loop 13, another optical attenuation element may be interposed in the automatic gain control loop 13.
[0044]
  In the above embodiment, the control is performed by setting the target value of the oscillation light power. However, the present invention is not particularly limited to this, and the control may be performed by setting the target range of the oscillation light power. Good.
[0045]
【Example】
  The operation experiment of the optical fiber amplifier as shown below was conducted.
[0046]
  <Experimental equipment>
  FIG. 3 shows the configuration of the optical fiber amplifier 1 used in the experiment. The same parts as those of the optical fiber amplifier according to the above embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0047]
  The optical fiber amplifier 1 includes a signal light input unit 3, a first circulator 4, a branch coupler 11, a wavelength multiplexer 5 to which an InGaAsP pumping LD 6 having a pumping light wavelength of 1.48 μm is connected, an EDF 7, and a second circulator. 8 and the amplified signal light output unit 9 are sequentially connected by an optical signal path to constitute an amplifier main body circuit 2, and signal light having a wavelength of 1550 μm is output to the signal light input unit 3 via the first attenuator 17. A light source 18 is connected, and an oscilloscope 20 is connected to the amplified signal light output unit 9 via a second attenuator 19. Further, the first circulator 4 and the second circulator 8 are bypassed by an optical signal path, and a band pass filter 10 and a third attenuator 12 are provided in this bypass path in order from the first circulator 4 side, and automatic gain is achieved. A control loop 13 is formed. Further, a branching section from the branching coupler 11 is connected to a monitor PD (not shown) by an optical signal path, and the monitor PD is connected to a control section main body (not shown) by an electric signal path. The excitation LD 6 is connected by an electric signal path. The target value of the power of the pumping light from the pumping LD 6 is set to a value that realizes a transient time very close to the time of low signal input because both the amplified signal light power and the oscillation light power are in a non-saturated state.
[0048]
  The operation of the optical fiber amplifier 1 is the same as in the embodiment.
[0049]
  <Experiment method>
  For the three level variables of the pumping light emitted from the pumping LD of 24.23 dBm, 20.07 dBm and 15.49 dBm, the loop loss of the automatic gain control loop is about 10 dB, about 20 dB, about 30 dB and 70 dB for each pumping light power. In each case described above, gain and loss index data were collected when the signal light power was varied from −40 dBm to −2 dBm. At this time, the excitation LD was not controlled.
[0050]
  Further, the operation of the optical fiber amplifier was started with the input optical power set to -15 dBm, and the control of the pump LD was started 2 seconds after the start of the operation. The gain and loss index at this time were collected over time.
[0051]
  <Experimental result>
  4A to 4C show the relationship between signal light power and gain. According to the figure, when the loop loss of the automatic gain control loop is about 10 dB, about 20 dB and about 30 dB, the gain shows a constant value regardless of the signal light power, and the gain increases as the signal light power increases. A characteristic having three parts, that is, a decreasing region and a portion showing the same gain regardless of the value of the loop loss is shown. The region where the gain shows a constant value regardless of the signal light power is when a small signal is input, in which automatic gain control is functioning effectively when the oscillation light power is saturated. In the region where the gain decreases as the input signal light power increases, the input signal light power is large, so the oscillation light power becomes unsaturated, and the automatic gain control is not fully functioning. It's time. The portion showing the same gain regardless of the value of the loop loss is at the time of large signal input in which the amplified signal light power is saturated. When the loop loss is 70 dB or more, the above three parts are not clear. This is because the gain of the EDF that is made constant by the automatic gain control is determined corresponding to the loop loss of the automatic gain control loop, but the gain inherent to the EDF is smaller than the gain determined corresponding to the loop loss of 70 dB or more. It is thought that automatic gain control did not function effectively.
[0052]
  4A to 4C, it can be seen that the range of the signal light power subjected to the automatic gain control becomes wider as the pumping light power is increased. Therefore, for example, when the signal light power is −15 dBm, the same gain can be obtained regardless of whether the pump light power is 24.23 dBm or 20.07 dBm. If the control for reducing the pumping light power to the minimum necessary level is performed (so that a state in the vicinity of the critical point between the small signal input and the transient state is always realized), the power consumption of the pumping LD can be reduced.
[0053]
  5A to 5C show the relationship between the signal light power and the noise figure. According to the figure, regardless of the data of the loop loss of the automatic gain control loop, the noise figure is lower in the portion where the signal light power is large than in the portion where the signal light power is small. This can be correlated such that the noise figure is relatively high when a small signal is input, and the noise figure is relatively low when a transient signal and a large signal are input. Therefore, the noise figure can be kept low by performing control so that a critical state at the time of small signal input and a transient state or a state at the time of transient or large signal input is realized.
[0054]
  6 extracts gain and noise figure data when the signal light power is −5 dBm, −10 dBm, −15 dBm, and −20 dBm when the loop loss of the automatic gain control loop is about 20 dB from FIGS. And the pumping light power. According to the figure, it can be seen that both the gain and the noise figure decrease as the pumping light power decreases. When the signal light power is −5 dBm, when the pump light power is decreased from 25 dBm to 20 dBm, the gain is decreased only slightly, while the noise figure is decreased by 1 dB. Therefore, it can be said that the noise figure can be reduced while maintaining a high EDF gain by setting the pumping light power in consideration of the balance between the reduction in gain and the reduction in noise figure.
[0055]
  FIG. 7 shows the relationship between the elapsed time from the start of operation of the optical fiber amplifier and the gain and loss index. According to the figure, the excitation LD control is started 2 seconds after the start of operation, and after 2 seconds (4 seconds from the start of operation), the noise figure decreases and decreases from about 7 dB to over 6 dB, while the gain is It can be seen that there is almost no change. That is, the gain of the EDF made constant by automatic gain control is controlled by controlling so that the transient state is very close at the time of low signal input in which both the amplified signal light power and the oscillation light power become non-saturated. The noise figure can be reduced while maintaining the same EDF gain, and the pumping light power can be operated at a minimum, so that the power consumption of the pumping LD can be reduced. Was confirmed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an optical fiber amplifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing control of the optical fiber amplifier according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of an optical fiber amplifier used in the experiment of the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between signal light power and gain.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between signal light power and loss index.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between pump light power, gain, and loss index.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the elapsed time from the start of operation of the optical fiber amplifier and the gain and loss index.
[Explanation of symbols]
1 Optical fiber amplifier
2 Amplifier body circuit
3 Signal light input section
4 First circulator
4a 1A terminal
4b 1B terminal
4c 1C terminal
5 wavelength multiplexer
6 Excitation laser diode (excitation LD)
7 Erbium-doped fiber (EDF)
8 Second circulator
8a 2A terminal
8b 2B terminal
8c 2C terminal
9 Amplified signal light output section
10 Bandpass filter
11 Branch coupler
12, 17, 19 Athenata
13 Automatic gain control loop
14 Monitor Photodiode (Monitor PD)
15 Control unit body
16 Excitation LD controller
18 Light source
20 Oscilloscope

Claims

外部から信号光が入力される信号光入力部と、
励起光を発する励起光源と、
上記信号光入力部からの信号光と上記励起光源からの励起光とが入力され、それらを合波する波長合波器と、
上記波長合波器からの信号光と励起光との合波が入力され、信号光を増幅する希土類元素ドープファイバと、
上記希土類元素ドープファイバで増幅された増幅信号光を外部に出力する増幅信号光出力部と、を有する増幅器本体回路を備え、
上記増幅器本体回路における上記信号光入力部と上記波長合波器との間と、上記希土類元素ドープファイバと増幅信号光出力部との間とを、特定波長の光のみを透過する光フィルタを介設したバイパス路で接続し、該希土類元素ドープファイバから発生した自然放出光が該波長合波器及び該光フィルタを経て再び該希土類元素ドープファイバに戻って循環する発振光となり、この循環する発振光が該希土類元素ドープファイバによって繰り返し増幅されて発振光パワーが飽和状態となった際に該希土類元素ドープファイバの利得が一定となるように構成された自動利得制御ループを設けた光ファイバ増幅器において、
上記自動利得制御ループを循環する発振光のパワーをモニタし、モニタした発振光パワーに基づいて、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となり、且つ上記希土類元素ドープファイバの利得が発振光パワーが飽和状態となったときの該希土類元素ドープファイバの利得と略同一となるように上記励起光源からの励起光のパワーをフィードバック制御する励起光源制御部を備えていることを特徴とする光ファイバ増幅器。A signal light input unit to which signal light is input from the outside;
An excitation light source that emits excitation light;
A wavelength multiplexer that receives the signal light from the signal light input unit and the excitation light from the excitation light source, and combines them;
A rare earth element-doped fiber for amplifying the signal light, into which the signal light and the excitation light from the wavelength multiplexer are combined, and
An amplified signal light output unit that outputs the amplified signal light amplified by the rare earth element-doped fiber to the outside,
Between the signal light input section and the wavelength multiplexer in the amplifier main body circuit and between the rare earth element doped fiber and the amplified signal light output section through an optical filter that transmits only light of a specific wavelength. Spontaneous emission light generated from the rare earth element-doped fiber is connected to the established bypass path, and returns to the rare earth element-doped fiber through the wavelength multiplexer and the optical filter to circulate. In an optical fiber amplifier provided with an automatic gain control loop configured so that the gain of the rare earth element doped fiber becomes constant when the light is repeatedly amplified by the rare earth element doped fiber and the oscillation light power becomes saturated ,
The automatic gain monitors the power of the oscillation light control loop circulates, based on the monitored oscillation light power, Ri oscillation light power Do a critical state to the non-saturation state of the saturation state and the non-saturation state, and the rare earth an excitation light source control section for feedback controlling the power of the pumping light from the rare-earth doped fiber gain and the pumping light source to be substantially the same as such so that when the gain element doped fiber oscillation light power becomes saturated An optical fiber amplifier comprising the optical fiber amplifier.

上記励起光源制御部は、上記自動利得制御ループにおけるバイパス路から発振光パワーをモニタするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the pumping light source control unit is configured to monitor the oscillation light power from a bypass path in the automatic gain control loop.

上記励起光源制御部は、上記自動利得制御ループから発振光を分岐して取り出す分岐カプラと、該分岐カプラにより取り出した発振光を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子によって変換された電気信号に基づいて上記励起光源からの励起光のパワーを制御する制御部本体と、を備えている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。The excitation light source control unit includes a branch coupler for branching out the oscillation light from the automatic gain control loop, a photoelectric conversion element for converting the oscillation light extracted by the branch coupler into an electrical signal, and a conversion by the photoelectric conversion element. optical fiber amplifier according to claim 1 or 2 based on the electric signal, characterized in that it comprises a control unit main body for controlling the power of the pumping light from the pumping light source.

上記増幅器本体回路における上記バイパス路への分岐部には、上記信号光入力部からの信号光が上記波長合波器に入力され且つ上記自動利得制御ループを循環する発振光が上記光フィルタに入力されるように伝送する第１サーキュレータが設けられていると共に、上記増幅器本体回路における上記バイパス路との合流部には、上記希土類元素ドープファイバからの増幅信号光が上記増幅信号光出力部から出力され且つ上記自動利得制御ループを循環する発振光が該希土類元素ドープファイバに入力されるように伝送する第２サーキュレータが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光ファイバ増幅器。The signal light from the signal light input unit is input to the wavelength multiplexer and the oscillation light that circulates through the automatic gain control loop is input to the optical filter at the branch to the bypass path in the amplifier body circuit. And the amplified signal light from the rare earth element-doped fiber is output from the amplified signal light output unit at the junction with the bypass path in the amplifier body circuit. It is and oscillated light circulating the automatic gain control loop according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a second circulator for transmitting as input to the rare earth element doped fiber is provided Fiber optic amplifier.