JPH03242627A

JPH03242627A - 多段光増幅装置

Info

Publication number: JPH03242627A
Application number: JP3942790A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Takara; 秀彦高良; Masatoshi Saruwatari; 猿渡　正俊
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-10-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光通信等に用いられる信号光のパワーを複数
の光増幅器を用いて増幅する高利得の多段光増幅装置に
関するものである。

（従来の技術）第２図は、従来の多段光増幅装置を示す構成図であって
、図中、ＡＭｌは第１段目の光増幅器、ＦＬ、は第１段
目の光学バンドパスフィルタ（以下、光学フィルタとい
う）、ＡＭ２は第２段目の光増幅器、ＦＬ２は第２段目
の光学フィルタである。

これらのうち、光増幅器ＡＭ、、ＡＭ２としては、第３
図及び第４図に示すように、レーザダイオード（以下、
ＬＤという）光増幅器１０や希土類元素添加光フアイバ
増幅器２０（以下、先ファイバ増幅器という）によるも
のがある。

ＬＤ光増幅器１０を用いた場合、励起装置として、第３
図に示すように電流源１１が用いられる。

この構成では、電流源１１によりＬＤ光増幅器１０に直
流電流ｉを注入（電流励起）すると、キャリア分布が反
転になるため誘導放出が生じ、ＬＤ光増幅器１０に人力
した信号光Ｓが増幅される。

また、光フアイバ増幅器２０を用いた場合、励起装置と
しては、所定強度で、かつ、信号光Ｓの周波数ν１と異
なる周波数し、の励起光Ｐを出射する励起光源２１が用
いられる。この構成では、励起光源２１から出射した励
起光Ｐと入力信号光Ｓを合波器２１で合波した後、この
合波光を光ファイバ増幅器２０に入射させる。この合波
光入射に伴い、励起光Ｐにより先ファイバへの添加物で
ある希土類元素の準位が励起（これを光励起という）さ
れて、信号光Ｓに相当するｈν１の準位のの反転分布が
生じるため、信号光Ｓが誘導放出により増幅される。ま
た、先ファイバ増幅器２０の出射側には、分波器２２を
配置し、被増幅信号光Ｓと励起光Ｐとを分離し、被増幅
信号光のみを後段へ出力するようになっている。

第５図は、第１図の各構成要素の入出力段部（第２図中
（ａ）〜（ｅ））における信号光のスペクトルとパワー
の変化を示したものであり、次に、この第５図を用いて
、第１図の動作を説明する。

なお、第５図の（ａ）〜（ｅ）は、第１図中の符号（ａ
）〜（ｅ）にそれぞれ対応している。

第５図のＴａ）に示すように、所定のスペクトルとパワ
ーを有する外部からの信号光Ｓは、第１段目の光増幅器
ＡＭ、に入射され、ここで上記した増幅作用を受けて増
幅される。

このとき、ＬＤ光増幅器、先ファイバ増幅器のいずれの
場合も、出力側では、増幅された信号光のほかに光増幅
器内で発生する広いスペクトル域に亘る自然放出光（Ａ
　Ｓ　Ｅ　：　Ａｌｌ１ｐｌｉｆｉｅｄ　５ｐｏｎｔａ
ｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が存在する。

従って、第１段目の光増幅器ＡＭ、の出力側の先スペク
トルは、第６図の（ｂ）に示すように、ＡＳＥの広いス
ペクトル域に信号光Ｓの輝線スペクトルが重畳されたも
のになる。通常、光増幅器の励起は、直流またはＣＷ光
で行われており、ＡＳＥが常時、広いスペクトル域に亘
って発生するため、ＡＳＥの全出力レベルは信号光レベ
ルと同等以上になる。なお、第５図の（ｂ）中の“６１
″は第１段目の光増幅器ＡＭ、の利得を示している。

ところで、光増幅器は人力光レベルが高くなると、利得
の飽和が生じ、得られる利得が大きく減少する。従って
、ＡＳＥか含まれている第１段目の光増幅器ＡＭ、の出
力光を第２段目の光増幅器ＡＭ２に直接入射すると、第
２段目の光増幅器の反転分布は、ＡＳＥの増幅に奪われ
てしまい、その分、信号光Ｓの利得が減少し、第５図の
（ｆ’）に示すように、信号光Ｓと、いわゆる雑音光で
あるＡＳＥとの比（Ｓ／Ｎ）が入力段より著しく劣化し
てしまう。この劣化は、デユーティが低くなるほど顕著
になるので複数の光増幅器で信号光Ｓを増幅する場合は
、何らかの方法でＡＳＥを取り除く必要がある。そこで
、各段の光増幅器ＡＭ、。

ＡＭ２の出力段に信号光Ｓのスペクトルのみを透過する
狭帯域の光学フィルタＦＬ、、ＦＬ２を配置しである。

光増幅器ＡＭ１の出力光は、次に、光学フィルタＦＬ１
に入射する。第５図の（Ｃ）に示すスペクトルが、光学
フィルタＦＬ１を透過後の光スペクトルを示すものであ
る。なお、第５図の（Ｃ）中の“Ｌｌ”は、光学フィル
タＦＬ、による光パワーの損失を示している。

光学フィルタＦＬ、を透過した光は、第２段目の光増幅
器ＡＭ２に入射され、さらに増幅される。

この第２段目の光増幅器ＡＭ２においても、第１段目の
光増幅器ＡＭ、と同様、第５図の（ｄ）に示すように、
ＡＳＥが発生するが、狭帯域の光学フィルタＦＬ２によ
りこのＡＳＥは除去され、被増幅信号光のみが後段の光
増幅器へ出力される（第５図の（ｅ））。

光増幅器を、第２図の２段よりさらに多段接続した場合
も、上記と同様の動作が行われる。

この装置の実際の入力信号光パルス列に対するＳ／Ｎの
影響は、第６図に示すようになる。なお、第６図は光増
幅器としてＬＤ光増幅器を用いた場合を示しているが、
先ファイバ増幅器を用いた場合でも、同様である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の多段光増幅装置では、狭帯域の光
学フィルタＦＬの使用が不可欠であるので、光学フィル
タＦＬによる損失を避けることができず、有効利得が減
少するという問題点があった。

また、全ての光学フィルタは、信号光のスペクトルに透
過スペクトルの中心波長に合わせる必要があり、また、
狭帯域といえども、有限なバンド幅を有していないため
、第６図に示すように、不要なＡＳＥ、特に信号光パル
スを励起する時間以外のＡＳＥを除去することが困難で
あった。

従って、従来装置では構成か複雑になり、除去できなか
ったＡＳＥにより信号光の利得が減少し、特に、デユー
ティの低い信号光を増幅する場合は、Ｓ／Ｎも大きく劣
化するという欠点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、信号光の有効利得を向上し、高利得な多段光
増幅器を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明では、複数の光増幅器
と、これら光増幅器を励起するための複数の励起装置を
備えた多段光増幅装置において、前記励起装置として入
力信号光パルスと同期してパルス励起を行う励起装置を
備えた。

（作　用）本発明によれば、光増幅器に対して信号光パルスと同期
してパルス励起を行うと、ＡＳＥはパルス励起される時
間のみ発生する。しかも、この場合、信号光による誘導
放出で光増幅器内の反転分布ｂ＜ｔｎ費され、ＡＳＥの
ピークパワー自体も小さくなる。従って各段の光増幅器
からは、スペクトルの全領域でＡＳＥレベルが十分に低
減された光が出力される。

これにより、複数の光増幅器を多段に接続した本装置の
場合、信号光のデユーティが低くなっても信号光とＡＳ
Ｅの比が十分に大きくなり、ＡＳＥ出力による利得の飽
和が抑止される。

（実施例１）第１ａ図は、本発明に係る多段光増幅装置の第１の実施
例を示す構成図、第１ｂ図は第１ａ図における第１段目
の光増幅器の人出力特性を示す図である。

水弟１の実施例では、各段の光増幅器としてＬＤ先僧幅
器を用い、これを３段縦列接続した構成例を示している
。

第１ａ図において、１０１，１“０２，１０３は、それ
ぞれ第１段目、第２段目、第３段目のＬＤ光増幅器、１
１１，１１２，１１３は電流源で、それぞれＬＤ先増幅
器１０１，１０２，１０３へ後記するクロック抽出回路
１２２からのクロック信号の人力に応じてパルスＩ、、
Ｉ２．Ｉ３をそれぞれＬＤ光増幅器１０１〜１０３へ供
給する。

１２１は分岐器で、例えばビームスプリッタからなり、
当該装置への入力信号光Ｓを２分岐し、方の分岐光を第
１段目の光増幅器１０１に入射させるとともに、他の分
岐光をクロック抽出回路１２２に出射する。１２２はク
ロック抽出回路で、信号光Ｓの人力に伴い、信号光パル
スと同期したパルス電流Ｉ、、Ｉ２．Ｉ３を、各ＬＤ光
増幅器１０１．１０２，１０３に注入するように、クロ
ック信号を各電流源１１１，１１２，１１３に出力する
。これらの電流源１１１，１１２．１１３及びクロック
抽出回路１２１とから励起装置が構成されている。

次に、上記構成による動作について、第１ｂ図を参照し
ながら説明する。

まず、第１ｂ図の（Ａ）に示すようなパルス状の信号光
Ｓは、分岐器１２１に入射し、ここで２分岐されて、−
の分岐信号光は第１段目のＬＤ光増幅器１０１に入射さ
れるとともに、他の分岐信号光はクロック抽出回路１２
２に入射される。

タロツク抽出回路１２２では、信号光の人力によりクロ
ック信号を電流源１１１等に出力する。

これに伴い、電流源１１１からは、第１ｂ図の（ａ）に
示すように、クロック信号に同期したパルス電流１１が
ＬＤ先増幅器１０１に注入される。

これにより、ＬＤ光増幅器１０１は、信号光Ｓと同期し
てパルス励起され、信号光Ｓが増幅される。このとき、
ＡＳＥはＬＤ光増幅器１０１に対して、電流１１が注入
されている時間のみ発生し、その他の時間は発生しない
。従って、第１段目のＬＤ光増幅器１０１の出力は、第
１ｂ図の（Ｃ）に示すようになる。

ここで、信号光パルス幅をτ、注入電流のパルス幅をｔ
、電流°パルスの周期（＝信号光の周期）をＴとすると
、パルス駆動の場合のＡＳＨの平均パワーＰ　ｐｕｌｓ
ｅとｃｗ駆動の場合のＡＳＥの平均パワーｐ　ｅｗの関
係は、次式で表わされる。

Ｐ、、１．、　＝ＰＣ，Ｘ　（ｔ／Ｔ）　　・（１）即
ち、パルス駆動の場合、ＡＳＥはｃｗの場合に比べてｔ
／Ｔ倍に低減できる。例えば、信号光パルスの繰り返し
周波数、パルス幅をそれぞれＩＭＨｚ　　（Ｔ＝　１　
μｓｅｃ　）　、ｒ　＝　１００ｐｓｅｃ、励起パルス
電流のパルス幅をｔ　＝　１００ｐｓｅｃとすると、Ａ
ＳＥの平均パワーは、４０ｄＢ下げられる。また、前述
したように、信号光Ｓによる誘導放出で光増幅器内の反
転分布が消費されるため、ＡＳＥのピクパワー自体もさ
らに小さくなる。

このように、ＡＳＥを十分小さくてきるため、ＡＳＥに
よる次段の信号光利得の劣化を改善することができ、Ｓ
／Ｎを向上することができる。従って、従来のように、
次段のＬＤ光増幅器への連結に狭帯域の光学バンドパス
フィルタを用いなくテモヨ＜、光学バンドパスフィルタ
による信号光パワーの損失を防止することかできる。な
お、比較的広帯域の光学バンドパスフィルタは高透過率
を有しているので使用してもさしつかえない。

第２段目以降のＬＤＤ増幅器１０２，１０３においても
、第１段目のＬＤ先増幅器１０１と同様に、透過損の大
きな狭帯域の光学バンドパスフィルタを用いずにＡＳＥ
レベルを低減できる。

なお、本実施例では、入力信号光Ｓの繰り返しに励起パ
ルス電ｉ■ｉ〜Ｉ３の繰り返しを合わせることでＡＳＥ
が低減できることを説明したか、この方法は、入力信号
光Ｓがランダム変調された場合（第１ｂ図の（ａ）の破
線パルスが“０”の場合）でも効果があり、適用するこ
とができる。たたし、マーク率が小さい場合には、入力
信号光Ｓに合わせて励起パルス列を変調すればより効果
的である。

（実施例２）第７図は、本発明に係る多段光増幅装置の第２の実施例
を示す構成図である。本第２の実施例が前記第１の実施
例と異なる点はＬＤ先増幅器２０１〜２０２の励起をパ
ルス電流ではなく、信号光Ｓと同期した励起光パルスに
より行うようにしたことである。

そのため、本第２の実施例では、各段の電床源の代わり
に、クロック抽出回路２２２によるクロック信号の入力
に応じて励起光Ｐ、、Ｐ２．Ｐ３を発生する励起光源２
１１，２１２，２１３を設け、各ＬＤ光増幅器２０１，
２０２．２０３の入力段に信号光Ｓと励起光Ｐ、、Ｐ２
．Ｐ３とを合波し、この合波光を各ＬＤ光増幅器２０１
゜２０２．２０３へ入射させる合波器２１４゜２１６．
２１８を配置し、かつ、各ＬＤ光増幅器２０１．２０２
，２０３の出力段に、信号光Ｓと励起光Ｐ、、Ｐ２．Ｐ
３を分波し、信号光Ｓのみを次段へ入射せしめる分波器
２１５，２１７゜２１９を配置している。

このような構成における各段部では、信号光（例えば、
周波数ν１）と励起光源２１１（２１２，２１３）から
出射された励起光（周波数ν。

〉ν１）とを合波器２１４　（２１６，２１８）で合波
した後、ＬＤ光光幅幅器２０１（２０２，２０３）に入
射すると、励起光ＰＩ　　（Ｐ２．Ｐ３）により半導体
の準位が励起（光励起）されて、信号光Ｓに相当すうｈ
ν１の準位の反転分布が生じるため、信号光が誘導放出
により増幅される。この後、分波器２１５　（２１７，
２１９）により励起光Ｐ、（Ｐ２．Ｐ３）で切り放され
る。

なお、合波器２１４，２１６，２１８、分波器２１５．
２１７，２１９としてはビームスプリッタ、ダイクロイ
ックミラー、ファイバカップラ等が適用できる。

その他の作用、効果については、前記第１の実施例と同
様である。

（実施例３）第８図は、本発明に係る多段光増幅装置の第３の実施例
を示す構成図である。本第３の実施例が前記第２の実施
例と異なる点は、ＬＤ光増幅器の代わりに、希土類元素
添加光フアイバ増幅器３０１．３０２，３０３を用いて
、信号光Ｓを光励起するようにしたことにある。また、
図中、分岐器３２１、クロック抽出回路３２２、励起光
源３１１．３１２，３１３、合波器３１４，３１６゜３
１８及び分波器３１５，３１７．３１９は、第２の実施
例を示す第７図の分岐器２２１、クロック抽出回路２２
２、励起光源２１１，２１２゜２１３、合波器２１４，
２１６，２１８及び分波器２１５，２１７．２１９と同
一機能を有するものである。

この場合に、希土類元素添加光フアイバ増幅器３０１　
（３０２，３０３）では、励起光Ｐ１（Ｐ２．Ｐ３）の
人力により、添加した希土類元素か励起されて励起準位
と基底準位との間に反転分布が形成され、ここを信号光
Ｓが通過すると、誘導放出により増幅される。

その他の作用、効果については、前記第２の実施列と同
様である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、光増幅器を信号
光パルスと同期してパルス励起するため、狭帯域の光学
バンドパスフィルタを用いなくても、スペクトルの全領
域でＡＳＥレベルを十分に低減することができる。

これにより、複数の光増幅器を多段に接続する場合、信
号光のデユーティが低くなっても信号光とＡＳＥの比を
十分に大きく取ることができ、ＡＳＥ出力により利得の
飽和を防ぎ、信号光の利得とＳ／Ｎを向上することがで
きる。

また、光学バンドパスフィルタによる損失や構成の複雑
さを避けられるため、簡便な構成で多段光増幅装置の利
得の向上を図ることが可能となり、その効果は大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多段光増幅装置の第１の実施例を
示す構成図、第１ｂ図は第１ａ図における第１段目の光
増幅器の人出力特性図、第２図は従来の多段光増幅装置
の構成図、第３図は光増幅器としてＬＤ光増幅器を用い
た場合の構成例、第４図は光増幅器として希土類元素添
加光フアイバ増幅器を用いた場合の構成例、第５図は第
２図の動作説明図、第６図は第２図の装置の人出力特性
図、第７図は本発明に係る多段光増幅装置の第２の実施
例を示す構成図、第８図は本発明に係る多段光増幅装置
の第３の実施例を示す構成図である。図中、１０１，１０２，１０３，２０１，２０２．２０
３・・・ＬＤ光増幅器、１１１，１１２゜１１３・・・
電流源、１２１，２２１，３２１・・・分岐器、１２２
，２２２．３２２・・・タロツク抽出回路、２１１．２
１２，２１３，３１１，３１２，３１３・・・励起光源
、２１４，２１６，２１８，３１４゜３１６．３１８・
・・合波器、２１５，２１７，２１９．３１５，３１７
．３１９・・・分波器、３０１゜３０２．３０３・・・
希土類元素添加光フアイバ増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】複数の光増幅器と、これら光増幅器を励起するための複
数の励起装置を備えた多段光増幅装置において、前記励起装置として入力信号光パルスと同期してパルス
励起を行う励起装置を備えたことを特徴とする多段光増幅装置。