JP2000312047A - 光増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度が変化しても波長に関する利得特性の平
坦性を確保する。 【解決手段】 温度センサ４は、光ファイバ１１０周辺
の温度を検出し、基準電圧発生回路６は、温度センサ４
の出力信号にもとづきＡＧＣ回路１３０を制御して光フ
ァイバ１１０周辺の温度が高いほど、光ファイバ１１０
における増幅度を高く設定させる。エルビウム添加光フ
ァイバでは、温度が高くなると長波長側ほど利得が小さ
くなる。また、光ファイバ１１０の利得特性は励起光の
強さによっても変化し、励起光を強くすると長波長側ほ
ど利得が大きくなる。よって温度が高いほど光ファイバ
１１０の増幅度を高く設定するようにＡＧＣ回路１３０
を制御した場合、温度が高いほど光ファイバ１１０に供
給される励起光が強くなり、その結果、温度変化による
利得特性の変化と励起光の強さを変えたことによる利得
特性の変化とが相殺し、光ファイバ１１０の利得特性は
平坦となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を増幅する
光ファイバにより構成された光増幅装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の光増幅装置の一例を示すブ
ロック図である。図５に示した従来の光増幅装置１０２
は、第１および第２の光増幅部１０４、１０６を含み、
第１の光増幅部１０４で増幅された光信号は光減衰器１
０８を通じて第２の光増幅部１０６に供給され、第２の
光増幅部１０６においてさらに増幅される構成となって
おり、たとえば波長多重伝送システムの光再生中継器を
形成している。

【０００３】第１および第２の光増幅部１０４、１０６
は基本的に同様の構成となっており、光ファイバ１１０
と、利得調整のための周辺要素とから成る。光ファイバ
１１０は、エルビウム添加光ファイバであって、励起光
の強さに応じた利得で光信号を増幅する。第１の光増幅
部１０４ではこの光ファイバ１１０の入力部に光結合器
１１２が挿入され、一方、第２の光増幅部１０６では光
ファイバ１１０の出力部に光結合器１１２が挿入されて
いる。そして、レーザ発光ダイオードによる発光手段１
１４（ＬＤ）は励起光を発生し、この励起光が各光結合
器１１２にそれぞれ供給されている。これら発光手段１
１４および光結合器１１２は各光ファイバ１１０におけ
る光信号の増幅度を制御する増幅度制御手段を構成して
いる。

【０００４】第１の光増幅部１０４では、光結合器１１
２は光ファイバ１１０の入力ポート１１６より供給され
て光ファイバ１１０を伝搬する光信号を、光ファイバ本
体１１８の方向に通過させるとともに、発光手段１１４
からの励起光を反射させて光ファイバ本体１１８の方向
に伝搬させる。一方、第２の光増幅部１０６では、光結
合器１１２は光ファイバ本体１１８からの光信号を出力
ポート１２０に向けて通過させるとともに、発光手段１
１４からの励起光を反射させて光ファイバ本体１１８の
方向に伝搬させる。

【０００５】また、第１および第２の光増幅部１０４、
１０６において、光ファイバ１１０の入力部および出力
部にはそれぞれ光分岐器１２２、１２４が挿入され、光
ファイバ１１０を伝搬する光信号の一部が各光分岐器１
２２、１２４で分岐されて、それぞれ光検出器１２６、
１２８に入力されている。光検出器１２６、１２８はそ
れぞれ分岐器１、２からの光信号を検出して電気信号に
変換し、ＡＧＣ回路１３０（ＡＧＣ）に出力する。ＡＧ
Ｃ回路１３０は、各光検出器１２６、１２８からの電気
信号の大きさの比がほぼ一定となるように、制御電圧を
発光手段１１４に供給する。

【０００６】したがって、第１および第２の光増幅部１
０４、１０６では、光検出器１２６、１２８によって光
ファイバ１１０に入力される光信号および光ファイバ１
１０から出力された光信号の強さが検出され、ＡＧＣ回
路１３０は、これらの光信号の強さの比があらかじめ設
定されたほぼ一定の値となるように、発光手段１１４に
制御電圧を供給してその発光強度を調整する。これによ
り、第１および第２の光増幅部１０６の利得が常にほぼ
一定の値に設定される。

【０００７】具体的に説明すると、たとえば光ファイバ
１１０における利得が小さく光ファイバ１１０の出力側
の光信号が、入力側の光信号に対して充分に大きくなっ
ていない場合には、ＡＧＣ回路１３０は高い制御電圧を
出力して、発光手段１１４における発光強度を高める。
その結果、より強い励起光が光ファイバ１１０に供給さ
れ、光ファイバ１１０の利得が大きくなる。逆に、光フ
ァイバ１１０における利得が大きく光ファイバ１１０の
出力側の光信号が、入力側の光信号に対して大きくなり
過ぎている場合には、ＡＧＣ回路１３０は低い制御電圧
を出力して、発光手段１１４における発光強度を低下さ
せる。その結果、より弱い励起光が光ファイバ１１０に
供給され、光ファイバ１１０の利得が小さくなる。

【０００８】図５に示したように、第１の光増幅部１０
４で増幅された光信号は、光分岐器１２４から光減衰器
１０８（ＡＴＴ）を通じて第２の光増幅部１０６の光分
岐器１２２に入力され、第２の光増幅部１０６の光ファ
イバ１１０に供給されている。そして、上記光減衰器１
０８は自動レベル制御回路１３２（ＡＬＣ）によって制
御されている。これら光減衰器１０８および自動レベル
制御回路１３２は、第２の光増幅部１０６の出力部にお
いて、光信号の強さが、あらかじめ決められたほぼ一定
の値になるように制御するためのものである。すなわ
ち、第２の光増幅部１０６の出力部において、たとえば
光信号が強く、光検出器１２８が出力する電気信号が大
きい場合には、自動レベル制御回路１３２は光減衰器１
０８における光信号の減衰量が大きくなるように光減衰
器１０８を制御する。一方、第２の光増幅部１０６の出
力部において光信号が弱く、光検出器１２８が出力する
電気信号が小さい場合には、自動レベル制御回路１３２
は光減衰器１０８における光信号の減衰量が小さくなる
ように光減衰器１０８を制御する。その結果、出力ポー
ト１２０からは常にほぼ一定の強さの光信号が出力され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、波長多重伝
送システムに用いられるこのような光増幅装置１０２で
は、各波長の光信号間で強度の差が大きいと、特に多段
中継を行った際に、信号強度の弱い波長側でＳ／Ｎの劣
化が著しくなり、伝送エラーが発生し易くなる。そのた
め、使用する波長帯域内では利得特性はできるだけ平坦
であることが望ましい。

【００１０】しかしながら、１５８０ｎｍ帯などでは光
増幅装置の温度依存性が大きく、温度変化によって利得
特性の平坦性が大幅に劣化してしまう場合があり、その
改善が重要な課題となっている。本発明はこのような課
題を解決するためになされたもので、その目的は、温度
が変化しても波長に関する利得特性の平坦性が劣化する
ことのない光増幅装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、波長の異なる複数の光信号を増幅する光ファ
イバと、制御電圧に応じた強さの励起光を前記光ファイ
バに供給して前記光ファイバにおける前記光信号の増幅
度を制御する増幅度制御手段と、前記光ファイバの入力
光信号と出力光信号とにもとづいて前記光ファイバの入
力光信号の強さと出力光信号の強さとの比を安定化すべ
く前記制御電圧を生成して前記増幅度制御手段に供給す
るＡＧＣ回路とを備えた光増幅装置であって、前記光フ
ァイバ周辺の温度を検出して検出結果を表す信号を出力
する温度センサと、前記温度センサの出力信号にもとづ
いて前記ＡＧＣ回路を制御し、前記光ファイバ周辺の温
度が高いほど強い励起光を前記光ファイバに供給する制
御電圧を前記ＡＧＣ回路に出力させるＡＧＣ制御回路と
を備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の光増幅装置では、温度センサが、
光ファイバ周辺の温度を検出して検出結果を表す信号を
出力し、ＡＧＣ制御回路は、温度センサの出力信号にも
とづいてＡＧＣ回路を制御し、光ファイバ周辺の温度が
高いほど強い励起光を光ファイバに供給する制御電圧を
ＡＧＣ回路に出力させる。たとえばエルビウムを添加し
た光ファイバでは、温度が高くなると、長波長側ほど利
得が小さくなる。また、この光ファイバの利得特性は、
励起光の強さによっても変化し、励起光を強くすると、
長波長側ほど利得が大きくなる。したがって、上述のよ
うにＡＧＣ制御回路によって、温度が高いほど光ファイ
バに強い励起光を供給するようにＡＧＣ回路を制御した
場合、温度変化による利得特性の変化と、励起光の強さ
を変えたことによる利得特性の変化が相殺し、光ファイ
バの利得特性は平坦となる。すなわち、本発明の光増幅
装置では、温度が変化しても利得特性の平坦性は劣化し
ない。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明による光増幅
装置の一例を示すブロック図である。図中、図５と同一
の要素には同一の符号が付されており、それらに関する
説明はここでは省略する。図１に示した光増幅装置２
が、図５に示した光増幅装置と異なるのは、第２の光増
幅部１０６に関連して温度センサ４と基準電圧発生回路
６（本発明に係わるＡＧＣ制御回路）とを備えている点
である。温度センサ４は第２の光増幅部１０６を構成す
る光ファイバ１１０に近接して配置されており、光ファ
イバ１１０周辺の温度を検出して検出結果を表す信号を
出力する。基準電圧発生回路６は、温度センサ４の出力
信号にもとづいてＡＧＣ回路１３０を制御し、温度セン
サ４の出力信号が表す温度が高いほど、強い励起光を光
ファイバ１１０に供給する制御電圧を第２の光増幅部１
０６のＡＧＣ回路１３０に出力させる。基準電圧発生回
路６は、具体的には温度センサ４の出力信号が表す温度
が高いほど高い基準電圧を生成し、第２の光増幅部１０
６のＡＧＣ回路１３０はこの基準電圧が高いほど、本来
の利得より高い利得を設定する制御電圧を発光手段１１
４に出力する。

【００１４】次に、このように構成された光増幅装置２
の動作について説明する。図２の（Ａ）ないし（Ｆ）は
第２の光増幅部１０６における利得特性などを示すグラ
フである。図中、横軸はすべて波長を表し、縦軸は、
（Ａ）ないし（Ｃ）、および（Ｆ）では利得を表し、
（Ｄ）および（Ｅ）では出力レベルを表している。図２
の（Ａ）は、常温における第２の光増幅部１０６の利得
特性を示しており、発光手段１１４の発光強度を適切に
設定することで使用波長帯域の全域においてほぼ平坦な
利得特性が得られている。したがって、各波長の光信号
の出力レベルも、図２の（Ｄ）に示したように、ほぼ一
定となっている。なお、図２の（Ｄ）において各縦線が
各波長の出力レベルを示している。

【００１５】これに対して、光ファイバ１１０周辺の温
度上昇とともに光ファイバ１１０の温度が上昇すると、
本発明を実施しなかった場合には、図２の（Ｂ）に示し
たように、長波長側ほど利得が低下し、利得特性の平坦
性は失われることになる。したがって、各波長の光信号
の出力レベルも、図２の（Ｅ）に示したように、長波長
側ほど低くなる。

【００１６】このように光ファイバ１１０では、温度が
高くなると、長波長側ほど利得が小さくなるが、光ファ
イバ１１０の利得特性は、励起光の強さによっても変化
し、図２の（Ｃ）に示したように、励起光を強くする
と、長波長側ほど利得が大きくなる。図中、実線が励起
光を強くした場合の利得特性を示し、点線は励起光が通
常の強さで温度が上昇した場合の利得特性を示してい
る。

【００１７】そして、本実施の形態例では、第２の光増
幅部１０６において、基準電圧発生回路６は、温度セン
サ４が検出した温度が高いほど光ファイバ１１０の増幅
度を高く設定するようにＡＧＣ回路１３０を制御し、し
たがって、温度が高いほど光ファイバ１１０に供給され
る励起光が強くなる。その結果、温度変化による利得特
性の変化（図２の（Ｂ））と、励起光の強さを変えたこ
とによる利得特性の変化（図２の（Ｃ））とが相殺し、
図２の（Ｆ）に示したように、光ファイバ１１０の利得
特性は、使用波長帯域のほぼ全域でほぼ平坦となる。す
なわち、本実施の形態例の光増幅装置２では、温度が変
化しても第２の増幅部１０６における利得特性の平坦性
は劣化しない。なお、図２に示したような光ファイバに
おける利得特性の変化については電子情報通信学会発行
の「信学技報：ＯＱＥ９２」（Ｐ．２１）および「信学
技報：ＯＱＣＳ９２」（Ｐ．５８）に詳しく論じられて
いる。

【００１８】上記実施の形態例では第２の光増幅部１０
６においてのみ利得特性の平坦化を図ったが、第１の光
増幅部１０４においても、温度センサ４および基準電圧
発生回路６を設けてＡＧＣ回路１３０を制御し、利得特
性を平坦化して光増幅装置２全体でさらに性能向上を図
ることも無論可能である。また、第２の光増幅部１０６
において、基準電圧発生回路６によってＡＧＣ回路１３
０を制御する際に、第１の光増幅部１０４における利得
特性の平坦化の劣化をも相殺すべくより強く補償を行う
ように図ることも有効である。そして、本実施の形態例
では、光増幅装置２は第１および第２の光増幅部１０
４、１０６により構成されているとしたが、要求される
性能水準によっては第２の光増幅部１０６のみを用いた
構成とすることも可能である。

【００１９】次に本発明の第２の実施の形態例について
説明する。図３は第２の実施の形態例の光増幅装置を示
すブロック図である。図中、図１と同一の要素には同一
の符号が付されており、それらに関する説明はここでは
省略する。図３に示した光増幅装置８が、上記光増幅装
置２と異なるのは、自動レベル制御回路１３２に関連し
て、光分岐器１０、波長分離光検出器１２（ＡＷＧ＋Ｐ
Ｄ）、ならびに信号検出手段１４（ＭＡＸ／ＭＩＮ Ｄ
ＥＴ）を備えている点である。光分岐器１０は、第２の
光増幅部１０６において、光分岐器１２４と光検出器１
２８との間に挿入され、光分岐器１２４から光検出器１
２８に供給される光信号の一部を、波長分離検出器１２
へ分岐させる。波長分離検出器１２は、波長の異なる光
信号ごとに光信号の強さを検出して検出結果を表す電圧
（電気信号）を出力する。より詳しくは、波長分離光検
出器１２は、各波長の光信号を抽出する複数の光フィル
タ（図示せず）と、各光フィルタが抽出した光信号をそ
の強さを表す電圧にそれぞれ変換する複数の光検出器
（図示せず）とを含んで構成されている。

【００２０】そして、信号検出手段１４は、波長分離光
検出器１２が出力する電圧のうち、もっとも高いか、ま
たはもっとも低い電圧を検出して自動レベル制御回路１
３２に供給する。したがって、この光増幅装置８では、
自動レベル制御回路１３２は、従来のように、光ファイ
バ１１０が出力する各波長の光信号全体の強さにもとづ
いて光減衰器１０８を制御するのではなく、もっとも強
いかまたはもっとも弱い光信号の強さにもとづいて光減
衰器１０８を制御することになる。

【００２１】その結果、この光増幅装置８では、たとえ
ばチャンネル数が減少し、使用する波長の数が少なくな
ったような場合でも、そのことによって自動レベル制御
回路１３２に供給される電圧が低くなることはなく、第
２の光増幅部１０６の光ファイバ１１０から出力される
光信号の強さを、もとのチャンネル数の場合と同様の強
さに制御することができる。そして、本発明に特に係わ
る温度センサ４および基準電圧発生回路６は、波長分離
光検出器１２および信号検出手段１４とは独立に動作す
るので、本実施の形態例においても上記実施の形態例と
同様の効果を得ることができる。

【００２２】次に、本発明の第３の実施の形態例につい
て説明する。図４は第３の実施の形態例の光増幅装置を
示すブロック図である。図中、図１、図３と同一の要素
には同一の符号が付されており、それらに関する説明は
ここでは省略する。図４に示した光増幅装置１６が、上
記光増幅装置８と異なるのは、波長分離光検出器１２に
代えて波長分離検出器１３が設けられ、この波長分離検
出器１３は、光信号の波長帯域内をスキャンして各波長
の光信号を順次通過させて抽出する光フィルタ１８（Ａ
ＯＴＦ）と、光フィルタ１８が抽出した光信号を電気信
号に変換する光検出器２０とにより構成されている点で
ある。

【００２３】そして、信号検出手段１４は、光検出器２
０が各波長ごとに（すなわち各チャンネルごとに）出力
する電圧のうち、もっとも高いか、またはもっとも低い
電圧を検出して自動レベル制御回路１３２に供給する。
したがって、この光増幅装置１６でも、自動レベル制御
回路１３２は、従来のように、光ファイバ１１０が出力
する各波長の光信号全体の強さにもとづいて光減衰器１
０８を制御するのではなく、もっとも強いかまたはもっ
とも弱い光信号の強さにもとづいて光減衰器１０８を制
御することになる。

【００２４】その結果、たとえばチャンネル数が減少
し、使用する波長の数が少なくなったような場合でも、
そのことによって自動レベル制御回路１３２に供給され
る電圧が低くなることはなく、第２の光増幅部１０６の
光ファイバ１１０から出力される光信号の強さを、もと
のチャンネル数の場合と同様の強さに制御することがで
きる。そして、本発明に特に係わる温度センサ４および
基準電圧発生回路６は、波長分離光検出器１２および信
号検出手段１４とは独立に動作するので、本実施の形態
例においても上記実施の形態例と同様の効果を得ること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光増幅装置
では、温度センサが、光ファイバ周辺の温度を検出して
検出結果を表す信号を出力し、ＡＧＣ制御回路は、温度
センサの出力信号にもとづいてＡＧＣ回路を制御し、光
ファイバ周辺の温度が高いほど強い励起光を光ファイバ
に供給する制御電圧をＡＧＣ回路に出力させる。たとえ
ばエルビウムを添加した光ファイバでは、温度が高くな
ると、長波長側ほど利得が小さくなる。また、この光フ
ァイバの利得特性は、励起光の強さによっても変化し、
励起光を強くすると、長波長側ほど利得が大きくなる。
したがって、上述のようにＡＧＣ制御回路によって、温
度が高いほど光ファイバに強い励起光を供給するように
ＡＧＣ回路を制御した場合、温度変化による利得特性の
変化と、励起光の強さを変えたことによる利得特性の変
化が相殺し、光ファイバの利得特性は平坦となる。すな
わち、本発明の光増幅装置では、温度が変化しても利得
特性の平坦性は劣化しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光増幅装置の一例を示すブロック
図である。

【図２】（Ａ）ないし（Ｆ）は第２の光増幅部における
利得特性などを示すグラフである。

【図３】第２の実施の形態例の光増幅装置を示すブロッ
ク図である。

【図４】第３の実施の形態例の光増幅装置を示すブロッ
ク図である。

【図５】従来の光増幅装置の一例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２……光増幅装置、４……温度センサ、６……基準電圧
発生回路、８……光増幅装置、１０……光分岐器、１２
……波長分離光検出器、１３……波長分離光検出器、１
４……信号検出手段、１６……光増幅装置、１８……光
フィルタ、２０……光検出器、１０２……光増幅装置、
１０４……第１の光増幅部、１０６……第２の光増幅
部、１０８……光減衰器、１１０……光ファイバ、１１
２……光結合器、１１４……発光手段、１１６……入力
ポート、１１８……光ファイバ本体、１２０……出力ポ
ート、１２２……光分岐器、１２４……光分岐器、１２
６……光検出器、１２８……光検出器、１３０……ＡＧ
Ｃ回路、１３２……自動レベル制御回路。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長の異なる複数の光信号を増幅する光
   ファイバと、制御電圧に応じた強さの励起光を前記光フ
   ァイバに供給して前記光ファイバにおける前記光信号の
   増幅度を制御する増幅度制御手段と、前記光ファイバの
   入力光信号と出力光信号とにもとづいて前記光ファイバ
   の入力光信号の強さと出力光信号の強さとの比を安定化
   すべく前記制御電圧を生成して前記増幅度制御手段に供
   給するＡＧＣ回路とを備えた光増幅装置であって、 前記光ファイバ周辺の温度を検出して検出結果を表す信
   号を出力する温度センサと、 前記温度センサの出力信号にもとづいて前記ＡＧＣ回路
   を制御し、前記光ファイバ周辺の温度が高いほど強い励
   起光を前記光ファイバに供給する制御電圧を前記ＡＧＣ
   回路に出力させるＡＧＣ制御回路とを備えたことを特徴
   とする光増幅装置。
2. 【請求項２】 前記増幅度制御手段は、前記光ファイバ
   の入力部または出力部に挿入され前記光ファイバを伝搬
   する光を通過させるとともに、外部から供給された励起
   光を前記光ファイバに導入して光ファイバ本体に向けて
   伝搬させる光結合器と、前記制御電圧の大きさに応じた
   強さの光を発生し前記励起光として前記光結合器に供給
   する発光手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の
   光増幅装置。
3. 【請求項３】 前記光ファイバの入力部に挿入された第
   １の光分岐器と、前記光ファイバの出力部に挿入された
   第２の光分岐器と、前記第１の光分岐器により分岐され
   た光信号を検出して前記光信号の強さを表す電気信号を
   出力する第１の光検出器と、前記第２の光分岐器により
   分岐された光信号を検出して前記光信号の強さを表す電
   気信号を出力する第２の光検出器とを備え、前記ＡＧＣ
   回路は、第１および第２の光検出器の出力信号にもとづ
   いて前記光ファイバの入力光信号の強さと出力光信号の
   強さとの比を安定化すべく前記制御電圧を生成すること
   を特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
4. 【請求項４】 前記光ファイバの入力部に挿入された光
   減衰器と、前記光ファイバの出力光信号の強さを検出し
   て検出結果を表す電気信号を出力する光検出手段と、前
   記光検出手段の出力信号にもとづいて、前記光ファイバ
   の出力光信号の強さをほぼ一定に保つべく電気信号を出
   力して前記光減衰器を制御する自動レベル制御回路とを
   さらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅装
   置。
5. 【請求項５】 前記光検出手段は、波長の異なる光信号
   ごとに光信号の強さを検出して検出結果を表す電気信号
   を出力する波長分離光検出器と、前記波長分離光検出器
   が出力する電気信号のうち、もっとも強いかもっとも弱
   い光信号の強さを表す電気信号を検出して前記自動レベ
   ル制御回路に供給する信号検出手段とを含んで構成され
   ていることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
6. 【請求項６】 前記波長分離光検出器は、各波長の光信
   号を抽出する複数の光フィルタと、各光フィルタが抽出
   した光信号をそれぞれ電気信号に変換する複数の光検出
   器とを含んで構成されていることを特徴とする請求項５
   記載の光増幅装置。
7. 【請求項７】 前記波長分離光検出器は、光信号の波長
   帯域内をスキャンして各波長の光信号を順次通過させて
   抽出する第２の光フィルタと、前記第２の光フィルタが
   抽出した前記光信号を電気信号に変換する第３の光検出
   器とを含んで構成されていることを特徴とする請求項５
   記載の光増幅装置。
8. 【請求項８】 前記光ファイバはエルビウム添加光ファ
   イバであることを特徴とする請求項１記載の光増幅装
   置。
9. 【請求項９】 前記発光手段はレーザ発光ダイオードに
   より構成されていることを特徴とする請求項２記載の光
   増幅装置。