JP2648643B2 - 光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光伝送方式や光信号処
理において使用される光増幅器に関するものである。
理において使用される光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、入力された光信号を光のまま
増幅して出力の大きい光信号を得るために使われる光増
幅器としては、半導体レーザ増幅器、希土類添加光ファ
イバ増幅器等がある。これらの光増幅器は、全て入力さ
れる光信号の電力の増加に対して利得が減少するので、
動作入力レベルを高くしようとすると、入出力の比例関
係が保たれない。このため、光増幅器への入力光信号と
出力光信号とを検出して、半導体レーザ増幅器では駆動
電流に、また、希土類添加光ファイバ増幅器では励起光
源に帰還をかけて利得が一定になるような制御系が検討
されていた。
増幅して出力の大きい光信号を得るために使われる光増
幅器としては、半導体レーザ増幅器、希土類添加光ファ
イバ増幅器等がある。これらの光増幅器は、全て入力さ
れる光信号の電力の増加に対して利得が減少するので、
動作入力レベルを高くしようとすると、入出力の比例関
係が保たれない。このため、光増幅器への入力光信号と
出力光信号とを検出して、半導体レーザ増幅器では駆動
電流に、また、希土類添加光ファイバ増幅器では励起光
源に帰還をかけて利得が一定になるような制御系が検討
されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の光増幅器では、（１）入力部及び出力部に設ける光
分岐回路により光信号の一部が失われる、（２）光分岐
用部品との接続点が増加する、（３）光分岐用部品には
過剰損失がある等の理由により、出力レベルの低下やＳ
Ｎ比の劣化が避けられず、また、光学系及び制御系の回
路が複雑になるという問題があった。また、入力光と出
力光との比較を行うので、光信号がない時は制御できな
いという問題があった。即ち、入力光信号には情報が重
畳されているので、強度変調方式では信号が零になる時
が必ずあり、制御系の時定数を入力光信号の統計的性質
を考慮して慎重に設定しなければならないという問題が
あった。さらにまた、出力光には増幅された自然放出光
が含まれるので利得が大きい増幅器では制御誤差が増加
するという問題があった。
来の光増幅器では、（１）入力部及び出力部に設ける光
分岐回路により光信号の一部が失われる、（２）光分岐
用部品との接続点が増加する、（３）光分岐用部品には
過剰損失がある等の理由により、出力レベルの低下やＳ
Ｎ比の劣化が避けられず、また、光学系及び制御系の回
路が複雑になるという問題があった。また、入力光と出
力光との比較を行うので、光信号がない時は制御できな
いという問題があった。即ち、入力光信号には情報が重
畳されているので、強度変調方式では信号が零になる時
が必ずあり、制御系の時定数を入力光信号の統計的性質
を考慮して慎重に設定しなければならないという問題が
あった。さらにまた、出力光には増幅された自然放出光
が含まれるので利得が大きい増幅器では制御誤差が増加
するという問題があった。
【０００４】本発明では前記従来の問題点に鑑み、入力
光や出力光を検出することなく、簡単な構成で利得を一
定に保持し得る光増幅器を提供することを目的とする。
光や出力光を検出することなく、簡単な構成で利得を一
定に保持し得る光増幅器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の請求項１
対応の光増幅器を示すもので、図中、１は合波器、２，
３はアイソレータ、４は希土類添加光ファイバ、５は光
検出器、６は積分球、７は駆動回路、８は励起光源であ
る。エルビウム等の希土類を添加した希土類添加光ファ
イバ４は光検出器５とともに周知の積分球６の中に設置
される。該希土類添加光ファイバ４の一端には合波器１
及びアイソレータ２が接続され、入力光Ｐi が励起光源
８からの励起光Ｐe とともに入力され、また、他端には
アイソレータ３が接続され、出力光Ｐo が取出される。
この際、希土類添加光ファイバ４の側面から放出される
自然放出光Ｐn の積分値を光検出器５で検出し、この検
出値が一定になるように励起光源８を駆動回路７で制御
する構成としている。
対応の光増幅器を示すもので、図中、１は合波器、２，
３はアイソレータ、４は希土類添加光ファイバ、５は光
検出器、６は積分球、７は駆動回路、８は励起光源であ
る。エルビウム等の希土類を添加した希土類添加光ファ
イバ４は光検出器５とともに周知の積分球６の中に設置
される。該希土類添加光ファイバ４の一端には合波器１
及びアイソレータ２が接続され、入力光Ｐi が励起光源
８からの励起光Ｐe とともに入力され、また、他端には
アイソレータ３が接続され、出力光Ｐo が取出される。
この際、希土類添加光ファイバ４の側面から放出される
自然放出光Ｐn の積分値を光検出器５で検出し、この検
出値が一定になるように励起光源８を駆動回路７で制御
する構成としている。
【０００６】図２は本発明の請求項２対応の光増幅器を
示すもので、希土類添加光ファイバ４をコイル状に巻
き、その側面に光検出器５を設置して、該希土類添加光
ファイバ４の側面から放出される自然放出光を検出し、
この検出値Ｓo が一定となるように励起光源（図示せ
ず）を制御する構成としている。
示すもので、希土類添加光ファイバ４をコイル状に巻
き、その側面に光検出器５を設置して、該希土類添加光
ファイバ４の側面から放出される自然放出光を検出し、
この検出値Ｓo が一定となるように励起光源（図示せ
ず）を制御する構成としている。
【０００７】図３は本発明の請求項３対応の光増幅器を
示すもので、希土類添加光ファイバ４の異なる位置の側
面に複数の光検出器５ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ設置し
て、該希土類添加光ファイバ４の側面から放出される自
然放出光の距離分布特性を検出し、これらの検出値に演
算回路９にて所定の演算を加え、その結果Ｓo が一定と
なるように励起光源（図示せず）を制御する構成として
いる。
示すもので、希土類添加光ファイバ４の異なる位置の側
面に複数の光検出器５ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ設置し
て、該希土類添加光ファイバ４の側面から放出される自
然放出光の距離分布特性を検出し、これらの検出値に演
算回路９にて所定の演算を加え、その結果Ｓo が一定と
なるように励起光源（図示せず）を制御する構成として
いる。
【０００８】図４は本発明の請求項４対応の光増幅器を
示すもので、希土類添加光ファイバ４と光検出器５との
間に信号帯域の近傍のみを通過させる光帯域通過フィル
タ１０を設置する構成としている。
示すもので、希土類添加光ファイバ４と光検出器５との
間に信号帯域の近傍のみを通過させる光帯域通過フィル
タ１０を設置する構成としている。
【０００９】図５は本発明の請求項５対応の光増幅器を
示すもので、希土類添加光ファイバ４を挟んで光検出器
５と対向する位置にミラー１１を設置する構成としてい
る。
示すもので、希土類添加光ファイバ４を挟んで光検出器
５と対向する位置にミラー１１を設置する構成としてい
る。
【００１０】図６は本発明の請求項６対応の光増幅器を
示すもので、光検出器５を中心とする所定の円周１２上
に希土類添加光ファイバ４を配置する構成としている。
示すもので、光検出器５を中心とする所定の円周１２上
に希土類添加光ファイバ４を配置する構成としている。
【００１１】図７は本発明の請求項７対応の光増幅器を
示すもので、光検出器５の前面に検出感度の入射角度依
存性を補正する空間フィルタ１３を設置する構成として
いる。
示すもので、光検出器５の前面に検出感度の入射角度依
存性を補正する空間フィルタ１３を設置する構成として
いる。
【００１２】図８は本発明の請求項８対応の光増幅器を
示すもので、２つの光増幅器１４及び１５を直列に接続
し、制御装置１６により、入力光Ｐi が入力される前段
の光増幅器１４を高利得に設定し、出力光Ｐo を出力す
る後段の光増幅器１５を損失を含めて低利得に設定する
構成としている。
示すもので、２つの光増幅器１４及び１５を直列に接続
し、制御装置１６により、入力光Ｐi が入力される前段
の光増幅器１４を高利得に設定し、出力光Ｐo を出力す
る後段の光増幅器１５を損失を含めて低利得に設定する
構成としている。
【００１３】図９は本発明の請求項９対応の光増幅器を
示すもので、アイソレータ３より取出される光増幅器の
出力光Ｐo を分配器１７を介して光検出器１８に導き、
その出力信号電力を検出し、これを積分器１９により信
号の統計的性質に基く時定数τs （積分値の時間変動が
なくなる時間）よりも長い時間で積分し、この積分値と
出力信号レベルの基準値Ｓr とを比較器２０で比較し、
その結果に従って平均出力信号電力が一定となるように
励起光源８を駆動回路７で制御する構成としている。
示すもので、アイソレータ３より取出される光増幅器の
出力光Ｐo を分配器１７を介して光検出器１８に導き、
その出力信号電力を検出し、これを積分器１９により信
号の統計的性質に基く時定数τs （積分値の時間変動が
なくなる時間）よりも長い時間で積分し、この積分値と
出力信号レベルの基準値Ｓr とを比較器２０で比較し、
その結果に従って平均出力信号電力が一定となるように
励起光源８を駆動回路７で制御する構成としている。
【００１４】図１０は本発明の請求項１０対応の光増幅
器を示すもので、駆動回路７から励起光電力の動作情報
を抽出し、これと光増幅器の基準利得との関係から演算
回路９により出力信号レベルを算出し、これを積分器１
９により信号の統計的性質に基く時定数τs （積分値の
時間変動がなくなる時間）よりも長い時間で積分して平
均出力信号電力を算出し、該平均出力信号電力と出力信
号レベルの基準値Ｓrとを比較器２０で比較し、その結
果に従って平均出力信号電力が一定となるように励起光
源８を駆動回路７で制御する構成としている。
器を示すもので、駆動回路７から励起光電力の動作情報
を抽出し、これと光増幅器の基準利得との関係から演算
回路９により出力信号レベルを算出し、これを積分器１
９により信号の統計的性質に基く時定数τs （積分値の
時間変動がなくなる時間）よりも長い時間で積分して平
均出力信号電力を算出し、該平均出力信号電力と出力信
号レベルの基準値Ｓrとを比較器２０で比較し、その結
果に従って平均出力信号電力が一定となるように励起光
源８を駆動回路７で制御する構成としている。
【００１５】図１１は本発明の請求項１１対応の光増幅
器を示すもので、制御装置１６により、外部から入力し
た増幅率Ｇr 及び該増幅率Ｇr が規定される波長情報λ
r と自然放出光の積分値を増幅率に換算した値とを比較
し、その結果に従って励起光源８を駆動回路７で制御
し、さらに該励起光源８への制御量（駆動電流）が動作
限界を越える場合には警報ＳALを発生する構成としてい
る。
器を示すもので、制御装置１６により、外部から入力し
た増幅率Ｇr 及び該増幅率Ｇr が規定される波長情報λ
r と自然放出光の積分値を増幅率に換算した値とを比較
し、その結果に従って励起光源８を駆動回路７で制御
し、さらに該励起光源８への制御量（駆動電流）が動作
限界を越える場合には警報ＳALを発生する構成としてい
る。
【００１６】図１２は本発明の請求項１２対応の光増幅
器を示すもので、活性層２１ａ及び電極２１ｂ，２１ｃ
を備えた電流励起の半導体光増幅素子２１の側面に光検
出器５を設置し、該半導体光増幅素子２１の側面から放
出された自然放出光Ｐn を検出し、この検出値と基準値
Ｓr とを比較器２０で比較し、該検出値が一定となるよ
うに駆動回路７で制御する構成としている。
器を示すもので、活性層２１ａ及び電極２１ｂ，２１ｃ
を備えた電流励起の半導体光増幅素子２１の側面に光検
出器５を設置し、該半導体光増幅素子２１の側面から放
出された自然放出光Ｐn を検出し、この検出値と基準値
Ｓr とを比較器２０で比較し、該検出値が一定となるよ
うに駆動回路７で制御する構成としている。
【００１７】図１３は本発明の請求項１３対応の光増幅
器を示すもので、希土類添加光ファイバ４の近傍に温度
センサ２２を設置し、その動作温度を検出し、温度特性
補正回路２３により光検出器５で検出された自然放出光
Ｐn の温度特性、希土類添加光ファイバ４の信号光波長
における損失の温度特性を補正し、該補正後の検出値か
ら利得計算回路２４により利得を算出し、これを基準値
Ｓr と比較器２０で比較し、該利得が一定となるように
励起光源８を駆動回路７で制御する構成としている。
器を示すもので、希土類添加光ファイバ４の近傍に温度
センサ２２を設置し、その動作温度を検出し、温度特性
補正回路２３により光検出器５で検出された自然放出光
Ｐn の温度特性、希土類添加光ファイバ４の信号光波長
における損失の温度特性を補正し、該補正後の検出値か
ら利得計算回路２４により利得を算出し、これを基準値
Ｓr と比較器２０で比較し、該利得が一定となるように
励起光源８を駆動回路７で制御する構成としている。
【００１８】図１４は本発明の請求項１４対応の光増幅
器を示すもので、積分球６の中に光検出器５とともに光
検出器２５を設置し、また、希土類添加光ファイバ４の
他端とアイソレータ３との間に合波器２６を挿入する。
光検出器５による希土類添加光ファイバ４の側面からの
自然放出光Ｐn の検出値を比較器２０にて基準値Ｓr1と
比較し、この結果に従って励起光源８の励起光Ｐe1を駆
動回路７で制御するとともに、光検出器２５による検出
値を比較器２９にて基準値Ｓr2と比較し、この結果に従
って励起光源２８の励起光Ｐe2を駆動回路２７で制御す
る構成としている。
器を示すもので、積分球６の中に光検出器５とともに光
検出器２５を設置し、また、希土類添加光ファイバ４の
他端とアイソレータ３との間に合波器２６を挿入する。
光検出器５による希土類添加光ファイバ４の側面からの
自然放出光Ｐn の検出値を比較器２０にて基準値Ｓr1と
比較し、この結果に従って励起光源８の励起光Ｐe1を駆
動回路７で制御するとともに、光検出器２５による検出
値を比較器２９にて基準値Ｓr2と比較し、この結果に従
って励起光源２８の励起光Ｐe2を駆動回路２７で制御す
る構成としている。
【００１９】図１５は本発明の請求項１５対応の光増幅
器を示すもので、監視制御装置３０により、駆動回路
７，２７及び比較器２０，２９の動作を監視し、また、
各比較器２０，２９への基準利得の設定及びその動作の
オン・オフ設定を制御する構成としている。
器を示すもので、監視制御装置３０により、駆動回路
７，２７及び比較器２０，２９の動作を監視し、また、
各比較器２０，２９への基準利得の設定及びその動作の
オン・オフ設定を制御する構成としている。
【００２０】図１６は本発明の請求項１６対応の光増幅
器を示すもので、比較器２０から個々の励起光源を見た
時の特性が全て同じになるように励起光源の特性の差を
吸収する回路を組込んだ駆動回路３１ａ及び励起光源３
１ｂを一体化した励起モジュール３１と、同様な駆動回
路３２ａ及び励起光源３２ｂを一体化した励起モジュー
ル３２とを比較器２０に並列に接続する構成としてい
る。
器を示すもので、比較器２０から個々の励起光源を見た
時の特性が全て同じになるように励起光源の特性の差を
吸収する回路を組込んだ駆動回路３１ａ及び励起光源３
１ｂを一体化した励起モジュール３１と、同様な駆動回
路３２ａ及び励起光源３２ｂを一体化した励起モジュー
ル３２とを比較器２０に並列に接続する構成としてい
る。
【００２１】図１７は本発明の請求項１７対応の光増幅
器を示すもので、比較器２０から個々の励起光源を見た
時の特性が全て同じになるように励起光源の特性の差を
吸収する回路を組込んだ駆動回路３３ａ、励起光源３３
ｂ、比較器２０の制御帯域よりも狭い低域通過フィルタ
３３ｃ及びそのバイパススイッチ３３ｄを一体化した励
起モジュール３３と、同様な駆動回路３４ａ、励起光源
３４ｂ、低域通過フィルタ３４ｃ及びバイパススイッチ
３４ｄを一体化した励起モジュール３４とを比較器２０
に並列に接続するとともに、制御装置３５により、各励
起モジュール３３及び３４をオフからオン状態に設定し
た当初はバイパススイッチをオフとして制御ループ内に
低域通過フィルタを挿入し、一定時間経過した後はバイ
パススイッチをオンとして低域通過フィルタを切離す構
成としている。
器を示すもので、比較器２０から個々の励起光源を見た
時の特性が全て同じになるように励起光源の特性の差を
吸収する回路を組込んだ駆動回路３３ａ、励起光源３３
ｂ、比較器２０の制御帯域よりも狭い低域通過フィルタ
３３ｃ及びそのバイパススイッチ３３ｄを一体化した励
起モジュール３３と、同様な駆動回路３４ａ、励起光源
３４ｂ、低域通過フィルタ３４ｃ及びバイパススイッチ
３４ｄを一体化した励起モジュール３４とを比較器２０
に並列に接続するとともに、制御装置３５により、各励
起モジュール３３及び３４をオフからオン状態に設定し
た当初はバイパススイッチをオフとして制御ループ内に
低域通過フィルタを挿入し、一定時間経過した後はバイ
パススイッチをオンとして低域通過フィルタを切離す構
成としている。
【００２２】図１８は本発明の請求項１８対応の光増幅
器を示すもので、２つの光増幅器３６及び３７を直列に
接続し、監視制御装置３８により、そのいずれかの光増
幅器において基準とする増幅率が達成できなくなった場
合、全体としての利得が一定となるように各光増幅器３
６，３７の利得配分を変更する構成としている。
器を示すもので、２つの光増幅器３６及び３７を直列に
接続し、監視制御装置３８により、そのいずれかの光増
幅器において基準とする増幅率が達成できなくなった場
合、全体としての利得が一定となるように各光増幅器３
６，３７の利得配分を変更する構成としている。
【００２３】
【作用】希土類添加光ファイバ増幅器の利得Ｇは、 と表される。ここで、γ(z) は希土類添加光ファイバ４
の局所利得、Ｌは希土類添加光ファイバ４の長さであ
り、該希土類添加光ファイバ４の局所利得γ(z) はファ
イバ上の位置、励起光強度、信号光強度の関数となって
いる。
の局所利得、Ｌは希土類添加光ファイバ４の長さであ
り、該希土類添加光ファイバ４の局所利得γ(z) はファ
イバ上の位置、励起光強度、信号光強度の関数となって
いる。
【００２４】前記局所利得γ(z) はファイバの側面から
の自然放出光Ｐn (z) 、その他の定数を用いて γ(z) ＝Ｃ・Ｐn (z) −αs ……(2) 但し、 Ｃ＝〔η｛σemi （λs ）＋σabs （λs ）｝τ〕／
（ｈ・νn ・π・ｒEr 2 ） αs ＝η・σabs （λs ）・ρ σabs （λs ）：信号波長における吸収断面積 σemi （λs ）：信号波長における誘導放出断面積 η：オーバーラップファクタ τ：自然放出光寿命 ρ：エルビウム（Ｅｒ）のドープ量 ｈ：プランク定数 νn ：自然放出光の平均周波数 ｒEr：Ｅｒがドープされた領域の直径 と記述することができる。ここで、αs （微弱信号光に
対する希土類添加ファイバの吸収損失）及びＣはファイ
バ上の位置、励起光強度、信号光強度に依存しない定数
となっている。
の自然放出光Ｐn (z) 、その他の定数を用いて γ(z) ＝Ｃ・Ｐn (z) −αs ……(2) 但し、 Ｃ＝〔η｛σemi （λs ）＋σabs （λs ）｝τ〕／
（ｈ・νn ・π・ｒEr 2 ） αs ＝η・σabs （λs ）・ρ σabs （λs ）：信号波長における吸収断面積 σemi （λs ）：信号波長における誘導放出断面積 η：オーバーラップファクタ τ：自然放出光寿命 ρ：エルビウム（Ｅｒ）のドープ量 ｈ：プランク定数 νn ：自然放出光の平均周波数 ｒEr：Ｅｒがドープされた領域の直径 と記述することができる。ここで、αs （微弱信号光に
対する希土類添加ファイバの吸収損失）及びＣはファイ
バ上の位置、励起光強度、信号光強度に依存しない定数
となっている。
【００２５】前記式(1) 及び式(2) から、利得Ｇは と表される。即ち、希土類添加光ファイバの側面からの
自然放出光Ｐn (z) をファイバ長に亘って積分した値を
一定値に制御すると、Ｃ，αs ・Ｌは定数なので利得Ｇ
を一定値にすることができる。
自然放出光Ｐn (z) をファイバ長に亘って積分した値を
一定値に制御すると、Ｃ，αs ・Ｌは定数なので利得Ｇ
を一定値にすることができる。
【００２６】次に、本発明の光増幅器の作用を各図につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２７】図１の光増幅器によれば、希土類添加光フ
ァイバ４と光検出器５を積分球６の中に設置し、該希土
類添加光ファイバ４の側面から放出された自然放出光の
積分値を検出し、この検出値が一定となるように励起光
源８を駆動回路７で制御する構成としたので、利得Ｇを
一定値にすることができる。また、この際、複数の光検
出器を使用すれば、自然放出光の積分値の検出精度を向
上させることができる。また、複数の励起光源を使用す
れば、一部の励起光源が故障しても残りの励起光源によ
り利得Ｇを一定値に制御することができ、信号が瞬間的
にも途絶するようなことがなくなり、信頼性を大きく向
上させることができる。
ァイバ４と光検出器５を積分球６の中に設置し、該希土
類添加光ファイバ４の側面から放出された自然放出光の
積分値を検出し、この検出値が一定となるように励起光
源８を駆動回路７で制御する構成としたので、利得Ｇを
一定値にすることができる。また、この際、複数の光検
出器を使用すれば、自然放出光の積分値の検出精度を向
上させることができる。また、複数の励起光源を使用す
れば、一部の励起光源が故障しても残りの励起光源によ
り利得Ｇを一定値に制御することができ、信号が瞬間的
にも途絶するようなことがなくなり、信頼性を大きく向
上させることができる。
【００２８】また、図２の光増幅器によれば、希土類添
加光ファイバ４をコイル状（例えば直径Ｒ）に巻き、そ
の側面に光検出器５を設置したので、一個の光検出器で
希土類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光
をπ・Ｒの間隔でサンプリングしてその合計値を検出で
きる。ここで、この合計値はファイバの側面からの自然
放出光の積分値の近似値であり、また、この検出値Ｓo
が一定となるように励起光源を制御する構成としたの
で、利得Ｇを一定値にすることができる。また、この
際、複数の光検出器を使用すれば、自然放出光の積分値
の検出精度を向上させることができる。また、複数の励
起光源を使用すれば、一部の励起光源が故障しても残り
の励起光源により利得Ｇを一定値に制御することがで
き、信号が瞬間的にも途絶するようなことがなくなり、
信頼性を大きく向上させることができる。
加光ファイバ４をコイル状（例えば直径Ｒ）に巻き、そ
の側面に光検出器５を設置したので、一個の光検出器で
希土類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光
をπ・Ｒの間隔でサンプリングしてその合計値を検出で
きる。ここで、この合計値はファイバの側面からの自然
放出光の積分値の近似値であり、また、この検出値Ｓo
が一定となるように励起光源を制御する構成としたの
で、利得Ｇを一定値にすることができる。また、この
際、複数の光検出器を使用すれば、自然放出光の積分値
の検出精度を向上させることができる。また、複数の励
起光源を使用すれば、一部の励起光源が故障しても残り
の励起光源により利得Ｇを一定値に制御することがで
き、信号が瞬間的にも途絶するようなことがなくなり、
信頼性を大きく向上させることができる。
【００２９】また、図３の光増幅器によれば、希土類添
加光ファイバ４の異なる位置の側面に複数の光検出器５
ａ，５ｂ，５ｃを設置してその自然放出光を検出し、数
値積分の理論に基いてこれらの検出値に重み係数を乗じ
て合計することにより、ファイバの側面からの自然放出
光の積分値の近似値を求めることができ、この値Ｓoが
一定となるように励起光源を制御する構成としたので、
利得Ｇを一定値にすることができる。また、本光増幅器
においてはファイバの長さ方向の局所利得分布を測定し
ているので、利得の長さ特性Ｇ(z) を知ることができ、
さらに増幅器の特性として、利得とともに重要とされる
雑音指数ＮＦも知ることができる。即ち、雑音指数ＮＦ
は ＮＦ＝｛２／（１＋σa s ／σe s ）｝・〔｛αs Ｇ(L) ／（Ｇ(L) −１）｝ 但し、 σa s ：信号波長における吸収断面積 σe s ：信号波長における誘導放出断面積 と表される。
加光ファイバ４の異なる位置の側面に複数の光検出器５
ａ，５ｂ，５ｃを設置してその自然放出光を検出し、数
値積分の理論に基いてこれらの検出値に重み係数を乗じ
て合計することにより、ファイバの側面からの自然放出
光の積分値の近似値を求めることができ、この値Ｓoが
一定となるように励起光源を制御する構成としたので、
利得Ｇを一定値にすることができる。また、本光増幅器
においてはファイバの長さ方向の局所利得分布を測定し
ているので、利得の長さ特性Ｇ(z) を知ることができ、
さらに増幅器の特性として、利得とともに重要とされる
雑音指数ＮＦも知ることができる。即ち、雑音指数ＮＦ
は ＮＦ＝｛２／（１＋σa s ／σe s ）｝・〔｛αs Ｇ(L) ／（Ｇ(L) −１）｝ 但し、 σa s ：信号波長における吸収断面積 σe s ：信号波長における誘導放出断面積 と表される。
【００３０】なお、励起方法として両方向励起を用い、
それぞれの励起光源を式(3) 及び式(4) に基いて制御す
ることにより、片方向励起（前方向あるいは後方向励
起）の場合よりも精度良く、しかも入力信号レベルの変
動に対して雑音指数ＮＦの変化を最小にして利得を一定
値に制御することが可能となる。また、図１、図２の光
増幅器と同様、複数の励起光源を使用すれば、一部の励
起光源が故障しても残りの励起光源により利得Ｇを一定
値に制御することができ、信号が瞬間的にも途絶するよ
うなことがなくなり、信頼性を大きく向上させることが
できる。
それぞれの励起光源を式(3) 及び式(4) に基いて制御す
ることにより、片方向励起（前方向あるいは後方向励
起）の場合よりも精度良く、しかも入力信号レベルの変
動に対して雑音指数ＮＦの変化を最小にして利得を一定
値に制御することが可能となる。また、図１、図２の光
増幅器と同様、複数の励起光源を使用すれば、一部の励
起光源が故障しても残りの励起光源により利得Ｇを一定
値に制御することができ、信号が瞬間的にも途絶するよ
うなことがなくなり、信頼性を大きく向上させることが
できる。
【００３１】また、図４の光増幅器によれば、希土類添
加光ファイバ４と光検出器５との間に信号帯域の近傍の
みを通過させる光帯域通過フィルタ１０を設置する構成
としたので、使用波長以外の光を取除くことができ、利
得を精度良く制御できる。
加光ファイバ４と光検出器５との間に信号帯域の近傍の
みを通過させる光帯域通過フィルタ１０を設置する構成
としたので、使用波長以外の光を取除くことができ、利
得を精度良く制御できる。
【００３２】また、図５の光増幅器によれば、希土類添
加光ファイバ４を挟んで光検出器５と対向する位置にミ
ラー１１を設置する構成としたので、光検出器５に入射
する自然放出光を増加させることができ、制御系のＳＮ
比を向上させることができる。
加光ファイバ４を挟んで光検出器５と対向する位置にミ
ラー１１を設置する構成としたので、光検出器５に入射
する自然放出光を増加させることができ、制御系のＳＮ
比を向上させることができる。
【００３３】また、図６の光増幅器によれば、光検出器
５を中心とする所定の円周１２上に希土類添加光ファイ
バ４を配置する構成としたので、各ファイバからの自然
放出光を均等に検出でき、自然放出光の積分値の検出精
度を向上させることができる。
５を中心とする所定の円周１２上に希土類添加光ファイ
バ４を配置する構成としたので、各ファイバからの自然
放出光を均等に検出でき、自然放出光の積分値の検出精
度を向上させることができる。
【００３４】また、図７の光増幅器によれば、光検出器
５の前面に検出感度の入射角度依存性を補正する空間フ
ィルタ１３を設置する構成としたので、各ファイバから
の自然放出光を均等に検出でき、自然放出光の積分値の
検出精度を向上させることができる。
５の前面に検出感度の入射角度依存性を補正する空間フ
ィルタ１３を設置する構成としたので、各ファイバから
の自然放出光を均等に検出でき、自然放出光の積分値の
検出精度を向上させることができる。
【００３５】また、図８の光増幅器によれば、２つの光
増幅器１４及び１５を直列に接続し、制御装置１６によ
り、入力光が入力される前段の光増幅器１４を高利得に
設定し、出力光を出力する後段の光増幅器１５を損失を
含めて低利得に設定する構成としたので、前段の光増幅
器の利得を小さくした場合のように増幅器全体の雑音指
数ＮＦを劣化させることなく、後段の増幅器の利得を制
御することにより、増幅器全体の利得を大きく変化させ
ることが可能となる。
増幅器１４及び１５を直列に接続し、制御装置１６によ
り、入力光が入力される前段の光増幅器１４を高利得に
設定し、出力光を出力する後段の光増幅器１５を損失を
含めて低利得に設定する構成としたので、前段の光増幅
器の利得を小さくした場合のように増幅器全体の雑音指
数ＮＦを劣化させることなく、後段の増幅器の利得を制
御することにより、増幅器全体の利得を大きく変化させ
ることが可能となる。
【００３６】次に、図９の光増幅器の作用を説明する。
まず、本光増幅器の背景について説明する。光中継伝送
方式に用いられる光増幅器の入力信号電力は、光ファイ
バ伝送路における損失の変動（温度特性，経年変化特
性）に伴って変化する。ここで、ファイバ損失が小さく
なると入力信号電力が増加するが、この際、該光増幅器
の利得が一定であると、その出力信号電力は光ファイバ
の入力限界（非線形効果等による）を越えてしまう恐れ
がある。また、ファイバ損失が大きくなると入力信号電
力が低下するが、この際、該光増幅器の利得が一定であ
ると、その出力信号電力も減少するので、伝送系のＳＮ
比が劣化する恐れがある。このため、光増幅器の出力信
号電力は基準値（一定値）にしなければならない。
まず、本光増幅器の背景について説明する。光中継伝送
方式に用いられる光増幅器の入力信号電力は、光ファイ
バ伝送路における損失の変動（温度特性，経年変化特
性）に伴って変化する。ここで、ファイバ損失が小さく
なると入力信号電力が増加するが、この際、該光増幅器
の利得が一定であると、その出力信号電力は光ファイバ
の入力限界（非線形効果等による）を越えてしまう恐れ
がある。また、ファイバ損失が大きくなると入力信号電
力が低下するが、この際、該光増幅器の利得が一定であ
ると、その出力信号電力も減少するので、伝送系のＳＮ
比が劣化する恐れがある。このため、光増幅器の出力信
号電力は基準値（一定値）にしなければならない。
【００３７】前記要求を満たすものとしてリミッタ増幅
器が考えられるが、入出力の線形性が保たれなくなるの
で、光強度変調方式を用いた場合、アナログ伝送系では
歪率の増加を招き、また、ディジタル伝送系では誤り率
の劣化を招くという問題があった。また、光中継伝送方
式ではその構成上、光増幅器の出力信号電力として＋１
０ｄＢｍ程度の高出力を要求しているが、この値は光増
幅器の飽和領域に入っており、利得一定制御を行わない
と伝送特性の劣化を招くという問題があった。即ち、光
中継伝送方式に用いられる光増幅器においては、この一
見矛盾した２つの課題（出力一定、利得一定）を同時に
解決する必要がある。
器が考えられるが、入出力の線形性が保たれなくなるの
で、光強度変調方式を用いた場合、アナログ伝送系では
歪率の増加を招き、また、ディジタル伝送系では誤り率
の劣化を招くという問題があった。また、光中継伝送方
式ではその構成上、光増幅器の出力信号電力として＋１
０ｄＢｍ程度の高出力を要求しているが、この値は光増
幅器の飽和領域に入っており、利得一定制御を行わない
と伝送特性の劣化を招くという問題があった。即ち、光
中継伝送方式に用いられる光増幅器においては、この一
見矛盾した２つの課題（出力一定、利得一定）を同時に
解決する必要がある。
【００３８】図９の光増幅器によれば、アイソレータ３
より取出される光増幅器の出力光Ｐo を分配器１７を介
して光検出器１８に導き、その出力信号電力を検出し、
これを積分器１９により信号の統計的性質に基く時定数
τs （積分値の時間変動がなくなる時間）よりも長い時
間で積分し、この積分値と出力信号レベルの基準値Ｓr
とを比較器２０で比較し、光増幅器の基準増幅率を制御
して平均出力信号電力が一定となるように制御してい
る。さらに、光増幅器は基準増幅率と積分された自然放
出光に基いて励起光源を希土類添加光ファイバの自然放
出光寿命τよりも充分短い時間で制御しているので、増
幅率は基準増幅率に一致している。この結果、増幅器の
入出力の線形性が保たれるので、伝送特性の劣化を招か
ない。また、出力レベルも一定（時定数τs 以上の平
均）に保たれるので、光ファイバの入力限界による伝送
特性の劣化やＳＮ比の劣化を避けることができる。
より取出される光増幅器の出力光Ｐo を分配器１７を介
して光検出器１８に導き、その出力信号電力を検出し、
これを積分器１９により信号の統計的性質に基く時定数
τs （積分値の時間変動がなくなる時間）よりも長い時
間で積分し、この積分値と出力信号レベルの基準値Ｓr
とを比較器２０で比較し、光増幅器の基準増幅率を制御
して平均出力信号電力が一定となるように制御してい
る。さらに、光増幅器は基準増幅率と積分された自然放
出光に基いて励起光源を希土類添加光ファイバの自然放
出光寿命τよりも充分短い時間で制御しているので、増
幅率は基準増幅率に一致している。この結果、増幅器の
入出力の線形性が保たれるので、伝送特性の劣化を招か
ない。また、出力レベルも一定（時定数τs 以上の平
均）に保たれるので、光ファイバの入力限界による伝送
特性の劣化やＳＮ比の劣化を避けることができる。
【００３９】また、図１０の光増幅器によれば、駆動回
路７から励起光電力の動作情報を抽出し、これと光増幅
器の基準利得との関係から演算回路９により出力信号レ
ベルを算出する。図１９は利得を２０ｄＢで一定に制御
した場合における出力信号レベルと励起光電力との関係
の一例を示すもので、出力信号レベルが０ｄＢｍを越え
た領域では励起光電力を規定すると信号出力レベルが一
意的に決定されることがわかる。このようにして得られ
た出力信号電力を積分器１９により信号の統計的性質に
基く時定数τs （積分値の時間変動がなくなる時間）よ
りも長い時間で積分して平均出力信号電力を算出し、該
平均出力信号電力と出力信号レベルの基準値Ｓr とを比
較器２０で比較し、光増幅器の基準増幅率を制御して平
均出力信号電力が一定となるように制御している。さら
に、光増幅器は基準増幅率と積分された自然放出光に基
いて励起光源を希土類添加光ファイバの自然放出光寿命
τよりも充分短い時間で制御しているので、増幅率は基
準増幅率に一致している。この結果、増幅器の入出力の
線形性が保たれるので、伝送特性の劣化を招かない。ま
た、出力レベルも一定（時定数τs 以上の平均）に保た
れるので、光ファイバの入力限界による伝送特性の劣化
やＳＮ比の劣化を避けることができる。また、本光増幅
器ではその出力端に分配器（分岐器）を設けて出力信号
の一部を取出して出力信号電力を検出する必要がないの
で、構成が簡単になるとともに分岐による損失がなく、
より高出力化が可能となる。
路７から励起光電力の動作情報を抽出し、これと光増幅
器の基準利得との関係から演算回路９により出力信号レ
ベルを算出する。図１９は利得を２０ｄＢで一定に制御
した場合における出力信号レベルと励起光電力との関係
の一例を示すもので、出力信号レベルが０ｄＢｍを越え
た領域では励起光電力を規定すると信号出力レベルが一
意的に決定されることがわかる。このようにして得られ
た出力信号電力を積分器１９により信号の統計的性質に
基く時定数τs （積分値の時間変動がなくなる時間）よ
りも長い時間で積分して平均出力信号電力を算出し、該
平均出力信号電力と出力信号レベルの基準値Ｓr とを比
較器２０で比較し、光増幅器の基準増幅率を制御して平
均出力信号電力が一定となるように制御している。さら
に、光増幅器は基準増幅率と積分された自然放出光に基
いて励起光源を希土類添加光ファイバの自然放出光寿命
τよりも充分短い時間で制御しているので、増幅率は基
準増幅率に一致している。この結果、増幅器の入出力の
線形性が保たれるので、伝送特性の劣化を招かない。ま
た、出力レベルも一定（時定数τs 以上の平均）に保た
れるので、光ファイバの入力限界による伝送特性の劣化
やＳＮ比の劣化を避けることができる。また、本光増幅
器ではその出力端に分配器（分岐器）を設けて出力信号
の一部を取出して出力信号電力を検出する必要がないの
で、構成が簡単になるとともに分岐による損失がなく、
より高出力化が可能となる。
【００４０】また、図１１の光増幅器によれば、外部か
ら増幅率Ｇr 及び該増幅率Ｇr が規定される波長情報λ
r とを制御装置１６に入力する。制御装置１６において
は前記式(3) により増幅率に対応する自然放出光の積分
値を計算し、駆動回路７へ自然放出光の基準値を送出す
る。駆動回路７では基準値と検出された自然放出光の積
分値とを比較して励起光源８を制御する。さらに、駆動
回路７からは励起光源８の駆動電流に対する情報を制御
装置１６に送出する構成としている。この結果、制御装
置１６では設定された増幅率や入力信号レベルが大きす
ぎて励起光源８への制御量（駆動電流）が動作限界を越
える場合に警報ＳALを発生することが可能となる。従っ
て、光増幅器が正常に動作しているか否かを把握するこ
とができる。
ら増幅率Ｇr 及び該増幅率Ｇr が規定される波長情報λ
r とを制御装置１６に入力する。制御装置１６において
は前記式(3) により増幅率に対応する自然放出光の積分
値を計算し、駆動回路７へ自然放出光の基準値を送出す
る。駆動回路７では基準値と検出された自然放出光の積
分値とを比較して励起光源８を制御する。さらに、駆動
回路７からは励起光源８の駆動電流に対する情報を制御
装置１６に送出する構成としている。この結果、制御装
置１６では設定された増幅率や入力信号レベルが大きす
ぎて励起光源８への制御量（駆動電流）が動作限界を越
える場合に警報ＳALを発生することが可能となる。従っ
て、光増幅器が正常に動作しているか否かを把握するこ
とができる。
【００４１】次に、図１２の光増幅器の作用を説明す
る。電流励起の半導体光増幅器において、半導体光増幅
素子２１の側面に光検出器（受光器）５を設置し、該半
導体光増幅素子２１の側面から放出された自然放出光Ｐ
n を検出し、この検出値と基準値Ｓr とを比較器２０で
比較し、該検出値が一定となるように駆動回路７で励起
電流に帰還をかける構成としている。ここで、半導体光
増幅器の利得Ｇは希土類添加光ファイバ増幅器の場合と
同様に、 と表される。即ち、半導体光増幅器の側面からの自然放
出光Ｐn (z) を活性層長に亘って積分した値を一定値に
制御すると、Ｃ，αs ・Ｌは定数なので利得Ｇを一定値
にすることができる。ここで、αs 及びＣは活性層の位
置、励起強度、信号光強度に依存しない定数であり、そ
れぞれ Ｃ＝Гα・Ａ・τ／（ｖ・ｈ・νn ・Ｓ） αs ＝Гα・Ａ・ｎ０，α／ｖ 但し、 αs ：微弱信号光に対する活性層の吸収損失 ｈ：プランク定数 Гα：閉じこめ係数（なお、αは信号光の偏波モード
（ＴＥ又はＴＭ）を表す。） Ａ：微分利得係数 τ：キャリア寿命 ｖ：媒体中の光速度 νn ：自然放出光の平均周波数 Ｓ：活性層の断面積 ｎ０，α：利得が生じるキャリア密度 と定義される。
る。電流励起の半導体光増幅器において、半導体光増幅
素子２１の側面に光検出器（受光器）５を設置し、該半
導体光増幅素子２１の側面から放出された自然放出光Ｐ
n を検出し、この検出値と基準値Ｓr とを比較器２０で
比較し、該検出値が一定となるように駆動回路７で励起
電流に帰還をかける構成としている。ここで、半導体光
増幅器の利得Ｇは希土類添加光ファイバ増幅器の場合と
同様に、 と表される。即ち、半導体光増幅器の側面からの自然放
出光Ｐn (z) を活性層長に亘って積分した値を一定値に
制御すると、Ｃ，αs ・Ｌは定数なので利得Ｇを一定値
にすることができる。ここで、αs 及びＣは活性層の位
置、励起強度、信号光強度に依存しない定数であり、そ
れぞれ Ｃ＝Гα・Ａ・τ／（ｖ・ｈ・νn ・Ｓ） αs ＝Гα・Ａ・ｎ０，α／ｖ 但し、 αs ：微弱信号光に対する活性層の吸収損失 ｈ：プランク定数 Гα：閉じこめ係数（なお、αは信号光の偏波モード
（ＴＥ又はＴＭ）を表す。） Ａ：微分利得係数 τ：キャリア寿命 ｖ：媒体中の光速度 νn ：自然放出光の平均周波数 Ｓ：活性層の断面積 ｎ０，α：利得が生じるキャリア密度 と定義される。
【００４２】また、図１３の光増幅器によれば、希土類
添加光ファイバ４の近傍に温度センサ２２を設置し、そ
の動作温度を検出し、温度特性補正回路２３により光検
出器５で検出された自然放出光Ｐn の温度特性、希土類
添加光ファイバ４の信号光波長における損失の温度特性
を補正し、該補正後の検出値から利得計算回路２４によ
り利得を算出し、これを基準値Ｓr と比較器２０で比較
し、該利得が一定となるように励起光源８を駆動回路７
で制御する構成とした。自然放出光には温度依存性があ
るので、これを補正することが可能となり、さらに信号
光波長におけるファイバ損失にも温度特性があるので、
これを補正することが可能となる。この結果、自然放出
光から光増幅器の利得を算出する際に温度特性による誤
差を避けることができ、利得を一定に制御することがで
きる。
添加光ファイバ４の近傍に温度センサ２２を設置し、そ
の動作温度を検出し、温度特性補正回路２３により光検
出器５で検出された自然放出光Ｐn の温度特性、希土類
添加光ファイバ４の信号光波長における損失の温度特性
を補正し、該補正後の検出値から利得計算回路２４によ
り利得を算出し、これを基準値Ｓr と比較器２０で比較
し、該利得が一定となるように励起光源８を駆動回路７
で制御する構成とした。自然放出光には温度依存性があ
るので、これを補正することが可能となり、さらに信号
光波長におけるファイバ損失にも温度特性があるので、
これを補正することが可能となる。この結果、自然放出
光から光増幅器の利得を算出する際に温度特性による誤
差を避けることができ、利得を一定に制御することがで
きる。
【００４３】次に、図１４の光増幅器の作用を説明す
る。積分球６の中には光検出器５とともに光検出器２５
が設置され、また、希土類添加光ファイバ４の他端とア
イソレータ３との間には合波器２６が挿入されている。
光検出器５による希土類添加光ファイバ４の側面からの
自然放出光Ｐn の検出値を比較器２０にて基準値Ｓr1と
比較し、この結果に従って励起光源８の励起光Ｐe1を駆
動回路７で制御するとともに、光検出器２５による検出
値を比較器２９にて基準値Ｓr2と比較し、この結果に従
って励起光源２８の励起光Ｐe2を駆動回路２７で制御す
る構成としたので、利得制御回路（比較器）の中で最大
の増幅率に設定された回路が動作することとなり、それ
以外の利得制御回路では励起光源は全て最小動作状態
（回路設計で決まる）に制御される。従って、これらの
励起光源は動作上は熱予備の状態であるが、信頼度的に
は冷予備の状態にある。この際、動作状態にある利得制
御回路において、励起光源の障害あるいは制御系の故障
により所定の利得が確保できなくなり、その利得が２番
目に大きな利得が設定された利得制御回路の値を下回る
と、２番目の利得制御回路が動作を開始するようなり、
利得はそれ以上低下することはなくなる。
る。積分球６の中には光検出器５とともに光検出器２５
が設置され、また、希土類添加光ファイバ４の他端とア
イソレータ３との間には合波器２６が挿入されている。
光検出器５による希土類添加光ファイバ４の側面からの
自然放出光Ｐn の検出値を比較器２０にて基準値Ｓr1と
比較し、この結果に従って励起光源８の励起光Ｐe1を駆
動回路７で制御するとともに、光検出器２５による検出
値を比較器２９にて基準値Ｓr2と比較し、この結果に従
って励起光源２８の励起光Ｐe2を駆動回路２７で制御す
る構成としたので、利得制御回路（比較器）の中で最大
の増幅率に設定された回路が動作することとなり、それ
以外の利得制御回路では励起光源は全て最小動作状態
（回路設計で決まる）に制御される。従って、これらの
励起光源は動作上は熱予備の状態であるが、信頼度的に
は冷予備の状態にある。この際、動作状態にある利得制
御回路において、励起光源の障害あるいは制御系の故障
により所定の利得が確保できなくなり、その利得が２番
目に大きな利得が設定された利得制御回路の値を下回る
と、２番目の利得制御回路が動作を開始するようなり、
利得はそれ以上低下することはなくなる。
【００４４】次に、図１５の光増幅器の作用を説明す
る。ここでは図１４の光増幅器の構成に加えて複数の利
得制御回路の動作を監視する監視制御装置３０を設けて
おり、これによって各利得制御回路への基準利得の設
定、その動作のオン・オフ制御を行う構成としている。
本光増幅器において、第１の利得制御回路が障害とな
り、利得が増大すると、監視制御装置３０で動作を監視
しているので、異常動作となった第１の利得制御回路を
オフにすることが可能である。その結果、光増幅器の利
得が低下していき、次に大きな利得が設定された第２の
利得制御回路の利得を下回る状態になると、該第２の利
得制御回路が自動的に動作を開始するようになり、利得
はそれ以上低下することはなくなる。従って、信号レベ
ルは若干低下するものの瞬断することなく増幅される。
さらに、動作を開始した第２の利得制御回路の利得設定
値を第１の利得制御回路の利得設定値と同じ値に監視制
御装置３０により再設定することで、元の状態に復帰さ
せることができる。
る。ここでは図１４の光増幅器の構成に加えて複数の利
得制御回路の動作を監視する監視制御装置３０を設けて
おり、これによって各利得制御回路への基準利得の設
定、その動作のオン・オフ制御を行う構成としている。
本光増幅器において、第１の利得制御回路が障害とな
り、利得が増大すると、監視制御装置３０で動作を監視
しているので、異常動作となった第１の利得制御回路を
オフにすることが可能である。その結果、光増幅器の利
得が低下していき、次に大きな利得が設定された第２の
利得制御回路の利得を下回る状態になると、該第２の利
得制御回路が自動的に動作を開始するようになり、利得
はそれ以上低下することはなくなる。従って、信号レベ
ルは若干低下するものの瞬断することなく増幅される。
さらに、動作を開始した第２の利得制御回路の利得設定
値を第１の利得制御回路の利得設定値と同じ値に監視制
御装置３０により再設定することで、元の状態に復帰さ
せることができる。
【００４５】また、図１６の光増幅器によれば、比較器
２０から個々の励起光源を見た時の特性が全て同じにな
るように励起光源の特性の差を吸収する回路を組込んだ
駆動回路３１ａ及び励起光源３１ｂを一体化した励起モ
ジュール３１と、同様な駆動回路３２ａ及び励起光源３
２ｂを一体化した励起モジュール３２とを比較器２０に
並列に接続する構成としたので、励起モジュール毎の励
起光の出力レベルに偏りが生じることがなく、励起光源
の高信頼化と安定した利得制御を可能としている。ま
た、本光増幅器において、励起モジュールの一部が故障
しても、利得制御系により残りの励起モジュールを用い
た利得一定制御が行われる。従って、励起モジュールの
一部が故障しても信号が瞬間的にも途絶することはな
く、光増幅器の信頼性を向上させることができる。
２０から個々の励起光源を見た時の特性が全て同じにな
るように励起光源の特性の差を吸収する回路を組込んだ
駆動回路３１ａ及び励起光源３１ｂを一体化した励起モ
ジュール３１と、同様な駆動回路３２ａ及び励起光源３
２ｂを一体化した励起モジュール３２とを比較器２０に
並列に接続する構成としたので、励起モジュール毎の励
起光の出力レベルに偏りが生じることがなく、励起光源
の高信頼化と安定した利得制御を可能としている。ま
た、本光増幅器において、励起モジュールの一部が故障
しても、利得制御系により残りの励起モジュールを用い
た利得一定制御が行われる。従って、励起モジュールの
一部が故障しても信号が瞬間的にも途絶することはな
く、光増幅器の信頼性を向上させることができる。
【００４６】次に、図１７の光増幅器の作用を説明す
る。当初、第１の励起モジュールにより利得一定制御が
行われており、さらにその利得制御回路の出力部にはオ
フ状態の第２の励起モジュールが接続されている場合に
ついて考える。この状態で、第２の励起モジュールをオ
フからオンに設定する。この際、低域通過フィルタがな
いと、励起光源にステップ状の制御信号が突然加えられ
ることとなるので、第２の励起モジュールの出力励起光
には利得制御回路の制御帯域以上の周波数成分が含まれ
ることとなり、また、スパイク状の過渡応答成分も含ま
れるので、一時的に利得一定制御を行うことができなく
なる。次に、本光増幅器の構成の場合を考察する。制御
信号は低域通過フィルタ３４ｄを経由して励起光源を駆
動するので、出力励起光に利得制御回路の制御帯域以上
の周波数成分が含まれることはなく、さらに駆動電流の
周波数帯域が制限されるのでスパイク状の過途応答が生
じることもない。従って、利得制御回路に既に接続され
ている励起モジュール３３と新たに動作状態となった励
起モジュール３４により利得一定制御を行うことができ
る。次に、制御系が定常状態となる一定時間経過後に低
域通過フィルタが励起モジュール３４から切離されるよ
うな構成としているので、所要の帯域で両モジュールと
も同等に制御をかけることが可能となる。また、定常状
態になってから低域通過フィルタを切離すので、制御系
に制御不能な擾乱を与えることはない。このように光増
幅器の利得を全く変動させることなく新しい励起モジュ
ールを動作状態の利得制御系に組込むことが可能となる
ので、冷予備構成の光増幅器が構成でき、信頼性を大き
く向上させることができる。
る。当初、第１の励起モジュールにより利得一定制御が
行われており、さらにその利得制御回路の出力部にはオ
フ状態の第２の励起モジュールが接続されている場合に
ついて考える。この状態で、第２の励起モジュールをオ
フからオンに設定する。この際、低域通過フィルタがな
いと、励起光源にステップ状の制御信号が突然加えられ
ることとなるので、第２の励起モジュールの出力励起光
には利得制御回路の制御帯域以上の周波数成分が含まれ
ることとなり、また、スパイク状の過渡応答成分も含ま
れるので、一時的に利得一定制御を行うことができなく
なる。次に、本光増幅器の構成の場合を考察する。制御
信号は低域通過フィルタ３４ｄを経由して励起光源を駆
動するので、出力励起光に利得制御回路の制御帯域以上
の周波数成分が含まれることはなく、さらに駆動電流の
周波数帯域が制限されるのでスパイク状の過途応答が生
じることもない。従って、利得制御回路に既に接続され
ている励起モジュール３３と新たに動作状態となった励
起モジュール３４により利得一定制御を行うことができ
る。次に、制御系が定常状態となる一定時間経過後に低
域通過フィルタが励起モジュール３４から切離されるよ
うな構成としているので、所要の帯域で両モジュールと
も同等に制御をかけることが可能となる。また、定常状
態になってから低域通過フィルタを切離すので、制御系
に制御不能な擾乱を与えることはない。このように光増
幅器の利得を全く変動させることなく新しい励起モジュ
ールを動作状態の利得制御系に組込むことが可能となる
ので、冷予備構成の光増幅器が構成でき、信頼性を大き
く向上させることができる。
【００４７】また、図１８の光増幅器によれば、２つの
光増幅器３６及び３７を直列に接続し、監視制御装置３
８により、そのいずれかの光増幅器において基準とする
増幅率が達成できなくなった場合、全体としての利得が
一定となるように２台の光増幅器の利得配分を変更する
構成としたので、例えば、後段の光増幅器３７の励起光
源を制御しても所要の利得を確保できない場合、前段の
光増幅器３６の励起光源を制御して利得を増加させ、全
体としての利得を一定とさせることができる。本光増幅
器では利用できる励起光源の数が限られている場合に光
増幅器を故障状態から回復させることができ、信頼性を
大きく向上させることができる。
光増幅器３６及び３７を直列に接続し、監視制御装置３
８により、そのいずれかの光増幅器において基準とする
増幅率が達成できなくなった場合、全体としての利得が
一定となるように２台の光増幅器の利得配分を変更する
構成としたので、例えば、後段の光増幅器３７の励起光
源を制御しても所要の利得を確保できない場合、前段の
光増幅器３６の励起光源を制御して利得を増加させ、全
体としての利得を一定とさせることができる。本光増幅
器では利用できる励起光源の数が限られている場合に光
増幅器を故障状態から回復させることができ、信頼性を
大きく向上させることができる。
【００４８】
【実施例１】図２０，２１は本発明の第１の実施例を示
すものである。図中、４０は希土類としてエルビウム
（Ｅｒ）を添加した光ファイバであり、コイル状（直径
１００mm）に巻かれている。該光ファイバ４０にはＵＶ
コートが施され、ファイバ側面から自然放出光が取出せ
るようになっている。また、該光ファイバ４０は長さ２
５ｍで、エルビウムの添加量は１０００ｐｐｍである。
また、４１は光検出器（直径４mm）であり、光ファイバ
４０のコイル状の一部を挟んでミラー４２と対向する位
置に設置され、遮光板４３のスリット４３ａを介して自
然放出光を検出している。また、光ファイバ４０はコイ
ル状に巻かれているので、自然放出光は約３１０ｍｍの
間隔でサンプルされる。また、光ファイバ４０は1.48μ
ｍの半導体レーザ（図示せず）で励起されている。
すものである。図中、４０は希土類としてエルビウム
（Ｅｒ）を添加した光ファイバであり、コイル状（直径
１００mm）に巻かれている。該光ファイバ４０にはＵＶ
コートが施され、ファイバ側面から自然放出光が取出せ
るようになっている。また、該光ファイバ４０は長さ２
５ｍで、エルビウムの添加量は１０００ｐｐｍである。
また、４１は光検出器（直径４mm）であり、光ファイバ
４０のコイル状の一部を挟んでミラー４２と対向する位
置に設置され、遮光板４３のスリット４３ａを介して自
然放出光を検出している。また、光ファイバ４０はコイ
ル状に巻かれているので、自然放出光は約３１０ｍｍの
間隔でサンプルされる。また、光ファイバ４０は1.48μ
ｍの半導体レーザ（図示せず）で励起されている。
【００４９】図２２は本発明の基本となる前記式(3) の
有効性を確認するための基本データであり、種々の入力
電力に対して光増幅器の利得と積分された自然放出光と
の関係を表している。図中、白丸は入力電力が−23.8ｄ
Ｂｍ、黒丸は−9.2 ｄＢｍの場合をそれぞれ示してい
る。同図より、自然放出光が利得の測定手段として優れ
ていること、並びに自然放出光の積分手段として本発明
の手法が有効に動作していることがわかる。
有効性を確認するための基本データであり、種々の入力
電力に対して光増幅器の利得と積分された自然放出光と
の関係を表している。図中、白丸は入力電力が−23.8ｄ
Ｂｍ、黒丸は−9.2 ｄＢｍの場合をそれぞれ示してい
る。同図より、自然放出光が利得の測定手段として優れ
ていること、並びに自然放出光の積分手段として本発明
の手法が有効に動作していることがわかる。
【００５０】また、図２３は利得一定制御動作（ＡＧＣ
オン）時における積分された自然放出光と光増幅器への
入力電力との関係（図中、白丸で示す。）、並びに励起
光電力と光増幅器への入力電力との関係（図中、黒丸で
示す。）を表している。
オン）時における積分された自然放出光と光増幅器への
入力電力との関係（図中、白丸で示す。）、並びに励起
光電力と光増幅器への入力電力との関係（図中、黒丸で
示す。）を表している。
【００５１】また、図２４は増幅器の利得と入力電力と
の関係を、ＡＧＣオン時（図中、白丸で示す。）及びＡ
ＧＣオフ時（図中、白三角で示す。）の場合のそれぞれ
について表している。積分された自然放出光は入力信号
電力が−１０ｄＢｍまでは励起光源へ帰還をかけること
により一定に保たれている。この間、励起光電力は１２
ｍＷ（−５０ｄＢｍ入力）から３８ｍＷ（−１０ｄＢｍ
入力）へと増加している。励起光電力が最大３８ｍＷで
制限されているので、積分された自然放出光は信号光が
−１０ｄＢｍを越えると減少していく。
の関係を、ＡＧＣオン時（図中、白丸で示す。）及びＡ
ＧＣオフ時（図中、白三角で示す。）の場合のそれぞれ
について表している。積分された自然放出光は入力信号
電力が−１０ｄＢｍまでは励起光源へ帰還をかけること
により一定に保たれている。この間、励起光電力は１２
ｍＷ（−５０ｄＢｍ入力）から３８ｍＷ（−１０ｄＢｍ
入力）へと増加している。励起光電力が最大３８ｍＷで
制限されているので、積分された自然放出光は信号光が
−１０ｄＢｍを越えると減少していく。
【００５２】信号利得２０ｄＢの光増幅器の利得を１ｄ
Ｂ低下させる入力信号電力はＡＧＣオフの場合、−２２
ｄＢｍであり、ＡＧＣオンの場合、−９ｄＢｍ（出力レ
ベルでは＋１０ｄＢｍ）となる。このように、ＡＧＣオ
ンにより光増幅器の線形動作範囲を１３ｄＢ程増大させ
ることができた。
Ｂ低下させる入力信号電力はＡＧＣオフの場合、−２２
ｄＢｍであり、ＡＧＣオンの場合、−９ｄＢｍ（出力レ
ベルでは＋１０ｄＢｍ）となる。このように、ＡＧＣオ
ンにより光増幅器の線形動作範囲を１３ｄＢ程増大させ
ることができた。
【００５３】
【実施例２】図２５は本発明の第２の実施例を示すもの
である。図中、４０は希土類添加光ファイバ、４１ａ，
４１ｂ，４１ｃは光検出器、４４，４５は合波器、４
６，４７はアイソレータ、４８，４９は駆動回路、５
０，５１は励起光源、５２は制御装置である。希土類添
加光ファイバ４０の異なる位置の側面に光検出器４１
ａ，４１ｂ，４１ｃがそれぞれ設置され、自然放出光を
検出している。制御装置５２はこれらの検出値により、
前記式(3) 及び(4) に基いて利得及び雑音指数ＮＦを計
算し、利得一定のもとで雑音指数ＮＦの変動ができるだ
け小さくなるように希土類添加光ファイバ４０の信号入
力側及び出力側に励起光を供給する励起光源５０及び５
１を駆動回路４８，４９を介して制御する。また、励起
光源５０又は５１のいずれかが障害となった場合におい
ても、残りの励起光源により利得一定制御が行われるの
で信号が瞬間的にも途絶することはなく、光増幅器の高
信頼化が達成される。
である。図中、４０は希土類添加光ファイバ、４１ａ，
４１ｂ，４１ｃは光検出器、４４，４５は合波器、４
６，４７はアイソレータ、４８，４９は駆動回路、５
０，５１は励起光源、５２は制御装置である。希土類添
加光ファイバ４０の異なる位置の側面に光検出器４１
ａ，４１ｂ，４１ｃがそれぞれ設置され、自然放出光を
検出している。制御装置５２はこれらの検出値により、
前記式(3) 及び(4) に基いて利得及び雑音指数ＮＦを計
算し、利得一定のもとで雑音指数ＮＦの変動ができるだ
け小さくなるように希土類添加光ファイバ４０の信号入
力側及び出力側に励起光を供給する励起光源５０及び５
１を駆動回路４８，４９を介して制御する。また、励起
光源５０又は５１のいずれかが障害となった場合におい
ても、残りの励起光源により利得一定制御が行われるの
で信号が瞬間的にも途絶することはなく、光増幅器の高
信頼化が達成される。
【００５４】
【実施例３】図２６，２７は本発明の第３の実施例を示
すものである。図中、５３は活性層５３ａ及び電極５３
ｂ，５３ｃを備えた半導体光増幅素子であり、自然放出
光を受光するための光伝導素子（フォトコンダクタ）５
４を活性層５３ａに平行してモノリシックに集積したも
のである。なお、光伝導素子５４は構造が簡単であるの
で集積化が容易にできる。光伝導素子５４は半導体光増
幅素子５３の自然放出光Ｐn を検出し、この検出値と基
準値Ｓr とを比較器５５で比較し、該検出値が一定とな
るように駆動回路５６で制御する。本光増幅器において
は、光伝導素子５４の出力が活性層５３ａからの自然放
出光の積分値に比例しているので、利得制御系が簡単に
構成できる。
すものである。図中、５３は活性層５３ａ及び電極５３
ｂ，５３ｃを備えた半導体光増幅素子であり、自然放出
光を受光するための光伝導素子（フォトコンダクタ）５
４を活性層５３ａに平行してモノリシックに集積したも
のである。なお、光伝導素子５４は構造が簡単であるの
で集積化が容易にできる。光伝導素子５４は半導体光増
幅素子５３の自然放出光Ｐn を検出し、この検出値と基
準値Ｓr とを比較器５５で比較し、該検出値が一定とな
るように駆動回路５６で制御する。本光増幅器において
は、光伝導素子５４の出力が活性層５３ａからの自然放
出光の積分値に比例しているので、利得制御系が簡単に
構成できる。
【００５５】
【実施例４】図２８は本発明の第４の実施例を示すもの
である。図中、６０，７０は２段構成の光増幅器であ
り、該２台の光増幅器の利得配分を変更できるような監
視制御装置８０が設けられている。各々の光増幅器６
０，７０は光励起による希土類添加光ファイバ増幅器に
より構成されている。即ち、光増幅器６０は合波器６１
ａ，６１ｂ、アイソレータ６２ａ，６２ｂ、希土類添加
光ファイバ６３、光検出器６４、積分球６５、比較器６
６、駆動回路６７ａ及び励起光源６７ｂを一体化した励
起モジュール６７並びに駆動回路６８ａ及び励起光源６
８ｂを一体化した励起モジュール６８からなっている。
また、光増幅器７０は合波器７１ａ，７１ｂ、アイソレ
ータ７２ａ，７２ｂ、希土類添加光ファイバ７３、光検
出器７４、積分球７５、比較器７６、駆動回路７７ａ及
び励起光源７７ｂを一体化した励起モジュール７７並び
に駆動回路７８ａ及び励起光源７８ｂを一体化した励起
モジュール７８からなっている。このような構成からな
るので、一部の励起光源が故障しても残りの励起光源で
ＡＧＣが行われ、利得変動を生じることなく光増幅器の
動作を継続する。また、残りの励起光源の励起光電力が
充分ではないと利得低下を生じるが、この場合は監視制
御装置８０で前段及び後段の励起光源の状態をモニタ
し、励起光電力に余力のある増幅器の利得を増加させ、
励起光電力が不足している増幅器の利得を低く設定す
る。この結果、全体としての利得が一定であるような制
御が可能となる。このように本実施例の構成によれば、
増幅器利得は多重に保護されており、光信号は瞬間的に
も途絶することなく、光増幅器の高信頼化に非常に大き
な効果がある。
である。図中、６０，７０は２段構成の光増幅器であ
り、該２台の光増幅器の利得配分を変更できるような監
視制御装置８０が設けられている。各々の光増幅器６
０，７０は光励起による希土類添加光ファイバ増幅器に
より構成されている。即ち、光増幅器６０は合波器６１
ａ，６１ｂ、アイソレータ６２ａ，６２ｂ、希土類添加
光ファイバ６３、光検出器６４、積分球６５、比較器６
６、駆動回路６７ａ及び励起光源６７ｂを一体化した励
起モジュール６７並びに駆動回路６８ａ及び励起光源６
８ｂを一体化した励起モジュール６８からなっている。
また、光増幅器７０は合波器７１ａ，７１ｂ、アイソレ
ータ７２ａ，７２ｂ、希土類添加光ファイバ７３、光検
出器７４、積分球７５、比較器７６、駆動回路７７ａ及
び励起光源７７ｂを一体化した励起モジュール７７並び
に駆動回路７８ａ及び励起光源７８ｂを一体化した励起
モジュール７８からなっている。このような構成からな
るので、一部の励起光源が故障しても残りの励起光源で
ＡＧＣが行われ、利得変動を生じることなく光増幅器の
動作を継続する。また、残りの励起光源の励起光電力が
充分ではないと利得低下を生じるが、この場合は監視制
御装置８０で前段及び後段の励起光源の状態をモニタ
し、励起光電力に余力のある増幅器の利得を増加させ、
励起光電力が不足している増幅器の利得を低く設定す
る。この結果、全体としての利得が一定であるような制
御が可能となる。このように本実施例の構成によれば、
増幅器利得は多重に保護されており、光信号は瞬間的に
も途絶することなく、光増幅器の高信頼化に非常に大き
な効果がある。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
よれば、希土類添加光ファイバと少なくとも１個の光検
出器を積分球の中に設置し、該希土類添加光ファイバの
側面から放出された自然放出光の積分値を検出し、該検
出値が一定になるように少なくとも１個の励起光源を制
御するようになしたので、信号光を検出することなく利
得を一定に制御することができ、信号のパターン効果等
による利得変動を完全に抑制することができる。
よれば、希土類添加光ファイバと少なくとも１個の光検
出器を積分球の中に設置し、該希土類添加光ファイバの
側面から放出された自然放出光の積分値を検出し、該検
出値が一定になるように少なくとも１個の励起光源を制
御するようになしたので、信号光を検出することなく利
得を一定に制御することができ、信号のパターン効果等
による利得変動を完全に抑制することができる。
【００５７】また、本発明の請求項２によれば、コイル
状に巻いた希土類添加光ファイバの側面に少なくとも１
個の光検出器を設置し、該希土類添加光ファイバの側面
から放出された自然放出光を検出し、該検出値が一定と
なるように少なくとも１個の励起光源を制御するように
なしたので、積分球が不要になるとともに、信号光を検
出することなく利得を一定に制御することができる。
状に巻いた希土類添加光ファイバの側面に少なくとも１
個の光検出器を設置し、該希土類添加光ファイバの側面
から放出された自然放出光を検出し、該検出値が一定と
なるように少なくとも１個の励起光源を制御するように
なしたので、積分球が不要になるとともに、信号光を検
出することなく利得を一定に制御することができる。
【００５８】また、本発明の請求項３によれば、複数の
光検出器を希土類添加光ファイバの異なる位置の側面に
それぞれ設置してその自然放出光を検出し、該複数の検
出値に所定の演算を加え、その結果が一定になるように
少なくとも１個の励起光源を制御するようになしたの
で、信号光を検出することなく利得を一定に制御するこ
とができ、信号のパターン効果等による利得変動を完全
に抑制することができるとともに、信号光を検出するこ
となく雑音指数を求めることができる。
光検出器を希土類添加光ファイバの異なる位置の側面に
それぞれ設置してその自然放出光を検出し、該複数の検
出値に所定の演算を加え、その結果が一定になるように
少なくとも１個の励起光源を制御するようになしたの
で、信号光を検出することなく利得を一定に制御するこ
とができ、信号のパターン効果等による利得変動を完全
に抑制することができるとともに、信号光を検出するこ
となく雑音指数を求めることができる。
【００５９】また、本発明の請求項４によれば、希土類
添加光ファイバと光検出器との間に信号帯域の近傍のみ
を通過させる光帯域通過フィルタを設置したので、使用
波長以外の光を取除くことができ、利得を精度良く制御
できる。
添加光ファイバと光検出器との間に信号帯域の近傍のみ
を通過させる光帯域通過フィルタを設置したので、使用
波長以外の光を取除くことができ、利得を精度良く制御
できる。
【００６０】また、本発明の請求項５によれば、希土類
添加光ファイバを挟んで光検出器と対向する位置にミラ
ーを設置したので、光検出器に入射する自然放出光を増
加させることができ、制御系のＳＮ比を向上させること
ができる。
添加光ファイバを挟んで光検出器と対向する位置にミラ
ーを設置したので、光検出器に入射する自然放出光を増
加させることができ、制御系のＳＮ比を向上させること
ができる。
【００６１】また、本発明の請求項６によれば、光検出
器を中心とする所定の円周上に希土類添加光ファイバを
配置したので、各ファイバからの自然放出光を均等に検
出でき、自然放出光の積分値の検出精度を向上させるこ
とができる。
器を中心とする所定の円周上に希土類添加光ファイバを
配置したので、各ファイバからの自然放出光を均等に検
出でき、自然放出光の積分値の検出精度を向上させるこ
とができる。
【００６２】また、本発明の請求項７によれば、光検出
器の前面に検出感度の入射角度依存性を補正する空間フ
ィルタを設置したので、各ファイバからの自然放出光を
均等に検出でき、自然放出光の積分値の検出精度を向上
させることができる。
器の前面に検出感度の入射角度依存性を補正する空間フ
ィルタを設置したので、各ファイバからの自然放出光を
均等に検出でき、自然放出光の積分値の検出精度を向上
させることができる。
【００６３】また、本発明の請求項８によれば、光増幅
器を２台直列に接続し、前段の光増幅器を高利得に設定
し、後段の光増幅器を損失を含めて低利得に設定したの
で、前段の光増幅器の利得を小さくした場合のように増
幅器全体の雑音指数ＮＦを劣化させることなく、後段の
増幅器の利得を制御することにより、増幅器全体の利得
を大きく変化させることが可能となる。
器を２台直列に接続し、前段の光増幅器を高利得に設定
し、後段の光増幅器を損失を含めて低利得に設定したの
で、前段の光増幅器の利得を小さくした場合のように増
幅器全体の雑音指数ＮＦを劣化させることなく、後段の
増幅器の利得を制御することにより、増幅器全体の利得
を大きく変化させることが可能となる。
【００６４】また、本発明の請求項９によれば、光増幅
器の出力信号電力を検出し、これを信号の統計的性質に
基く時定数τs （積分値の時間変動がなくなる時間）よ
りも長い時間で積分し、この積分値に基いて光増幅器の
基準増幅率を制御し、平均出力信号電力が一定となるよ
うにしたので、利得を一定に制御しつつ出力信号電力を
一定にすることが可能であり、安定な光中継伝送方式を
構成できる。
器の出力信号電力を検出し、これを信号の統計的性質に
基く時定数τs （積分値の時間変動がなくなる時間）よ
りも長い時間で積分し、この積分値に基いて光増幅器の
基準増幅率を制御し、平均出力信号電力が一定となるよ
うにしたので、利得を一定に制御しつつ出力信号電力を
一定にすることが可能であり、安定な光中継伝送方式を
構成できる。
【００６５】また、本発明の請求項１０によれば、励起
光源の制御系から励起光電力の動作情報を抽出し、これ
と光増幅器の基準利得との関係から出力信号電力を算出
し、これを信号の統計的性質に基く時定数τs （積分値
の時間変動がなくなる時間）よりも長い時間で積分して
平均出力信号電力を算出し、該平均出力信号電力と基準
とする出力信号電力とを比較し、光増幅器の基準増幅率
を制御して平均出力信号電力が一定となるようにしたの
で、利得を一定に制御しつつ出力信号電力を一定にする
ことが可能であるとともに、光ファイバの出力端に分配
器（分岐器）を設けて出力信号の一部を取出して出力信
号電力を検出する必要がなく、構成が簡単になるととも
に分岐による損失がなく、より高出力化が可能となる。
光源の制御系から励起光電力の動作情報を抽出し、これ
と光増幅器の基準利得との関係から出力信号電力を算出
し、これを信号の統計的性質に基く時定数τs （積分値
の時間変動がなくなる時間）よりも長い時間で積分して
平均出力信号電力を算出し、該平均出力信号電力と基準
とする出力信号電力とを比較し、光増幅器の基準増幅率
を制御して平均出力信号電力が一定となるようにしたの
で、利得を一定に制御しつつ出力信号電力を一定にする
ことが可能であるとともに、光ファイバの出力端に分配
器（分岐器）を設けて出力信号の一部を取出して出力信
号電力を検出する必要がなく、構成が簡単になるととも
に分岐による損失がなく、より高出力化が可能となる。
【００６６】また、本発明の請求項１１によれば、増幅
率と該増幅率が規定される波長情報とをスイッチ又は電
圧等により外部から入力し、制御可能領域を越えた場合
は警報を発生するようになしたので、光増幅器が正常に
動作しているか否かを把握することができる。
率と該増幅率が規定される波長情報とをスイッチ又は電
圧等により外部から入力し、制御可能領域を越えた場合
は警報を発生するようになしたので、光増幅器が正常に
動作しているか否かを把握することができる。
【００６７】また、本発明の請求項１２によれば、半導
体光増幅素子の側面に少なくとも１個の光検出器を設置
し、該半導体光増幅素子の側面から放出された自然放出
光を検出し、該検出値が一定となるように励起電流を制
御するようになしたので、信号光を検出することなく利
得を一定に制御することができる。
体光増幅素子の側面に少なくとも１個の光検出器を設置
し、該半導体光増幅素子の側面から放出された自然放出
光を検出し、該検出値が一定となるように励起電流を制
御するようになしたので、信号光を検出することなく利
得を一定に制御することができる。
【００６８】また、本発明の請求項１３によれば、希土
類添加光ファイバ又は半導体光増幅素子の近傍に温度セ
ンサを設置し、その動作温度を検出して自然放出光の温
度特性及び希土類添加光ファイバの損失の信号光波長に
おける温度特性又は半導体光増幅素子の活性層の信号光
波長における温度特性を補正し、利得温度特性を低減す
るようになしたので、自然放出光の温度依存性及び信号
光波長におけるファイバ損失の温度特性を補正すること
が可能となり、この結果、自然放出光から光増幅器の利
得を算出する際に温度特性による誤差を避けることがで
き、利得を一定に制御することができる。
類添加光ファイバ又は半導体光増幅素子の近傍に温度セ
ンサを設置し、その動作温度を検出して自然放出光の温
度特性及び希土類添加光ファイバの損失の信号光波長に
おける温度特性又は半導体光増幅素子の活性層の信号光
波長における温度特性を補正し、利得温度特性を低減す
るようになしたので、自然放出光の温度依存性及び信号
光波長におけるファイバ損失の温度特性を補正すること
が可能となり、この結果、自然放出光から光増幅器の利
得を算出する際に温度特性による誤差を避けることがで
き、利得を一定に制御することができる。
【００６９】また、本発明の請求項１４によれば、希土
類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光を複
数の光検出器により検出し、これらの検出値に基いて少
なくとも１個の励起光源の制御を行う複数の利得制御回
路を設け、各利得制御回路の基準利得を少しずつ異なる
値に設定したので、励起光源を熱予備並びに冷予備とし
て設けることができる。
類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光を複
数の光検出器により検出し、これらの検出値に基いて少
なくとも１個の励起光源の制御を行う複数の利得制御回
路を設け、各利得制御回路の基準利得を少しずつ異なる
値に設定したので、励起光源を熱予備並びに冷予備とし
て設けることができる。
【００７０】また、本発明の請求項１５によれば、希土
類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光を複
数の光検出器により検出し、これらの検出値に基いて少
なくとも１個の励起光源の制御を行う複数の利得制御回
路と、これらの複数の利得制御回路の動作を監視する監
視制御装置とを設け、各利得制御回路の基準利得の設定
及び動作のオン・オフ設定を可能となしたので、励起光
源を熱予備並びに冷予備として設けることができるとと
もに、そのいずれの場合においても信号を途絶させるこ
となく自動的に切替えることができる。
類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光を複
数の光検出器により検出し、これらの検出値に基いて少
なくとも１個の励起光源の制御を行う複数の利得制御回
路と、これらの複数の利得制御回路の動作を監視する監
視制御装置とを設け、各利得制御回路の基準利得の設定
及び動作のオン・オフ設定を可能となしたので、励起光
源を熱予備並びに冷予備として設けることができるとと
もに、そのいずれの場合においても信号を途絶させるこ
となく自動的に切替えることができる。
【００７１】また、本発明の請求項１６によれば、希土
類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光を少
なくとも１個の光検出器で検出し、これに基いて複数の
励起光源を制御する光増幅器において、利得制御回路か
ら個々の励起光源を見た時、その特性が全て同じになる
ように励起光源の特性の差を吸収する回路を組込んだ駆
動回路と、励起光源とを一体化した励起モジュールを利
得制御回路の出力に複数、並列に接続したので、励起モ
ジュール毎の励起光の出力レベルに偏りが生じることが
なく、励起光源の高信頼化と安定した利得制御が可能と
なり、また、励起モジュールの一部が故障しても、利得
制御系により残りの励起モジュールを用いた利得一定制
御を行うことができ、信号が瞬間的にも途絶することは
なく、光増幅器の信頼性を向上させることができる。
類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光を少
なくとも１個の光検出器で検出し、これに基いて複数の
励起光源を制御する光増幅器において、利得制御回路か
ら個々の励起光源を見た時、その特性が全て同じになる
ように励起光源の特性の差を吸収する回路を組込んだ駆
動回路と、励起光源とを一体化した励起モジュールを利
得制御回路の出力に複数、並列に接続したので、励起モ
ジュール毎の励起光の出力レベルに偏りが生じることが
なく、励起光源の高信頼化と安定した利得制御が可能と
なり、また、励起モジュールの一部が故障しても、利得
制御系により残りの励起モジュールを用いた利得一定制
御を行うことができ、信号が瞬間的にも途絶することは
なく、光増幅器の信頼性を向上させることができる。
【００７２】また、本発明の請求項１７によれば、各励
起モジュールの動作のオン・オフを制御する制御装置が
設けられ、各励起モジュールには利得制御回路の制御帯
域よりも狭い低域通過フィルタが設けられ、該励起モジ
ュールをオフからオンに設定した場合、初期の状態は制
御ループ内に低域通過フィルタが挿入され、一定時間経
過後には低域通過フィルタが回路から切り離される構成
となしたので、スパイク状の過渡応答成分が入力される
ようなことがなく、所要の帯域で両モジュールとも同等
に制御をかけることが可能となり、また、制御系に制御
不能な擾乱を与えることがなく、新しい励起モジュール
を動作状態の利得制御系に組込むことが可能となり、こ
れによって、冷予備構成の光増幅器が構成でき、信頼性
を大きく向上させることができる。
起モジュールの動作のオン・オフを制御する制御装置が
設けられ、各励起モジュールには利得制御回路の制御帯
域よりも狭い低域通過フィルタが設けられ、該励起モジ
ュールをオフからオンに設定した場合、初期の状態は制
御ループ内に低域通過フィルタが挿入され、一定時間経
過後には低域通過フィルタが回路から切り離される構成
となしたので、スパイク状の過渡応答成分が入力される
ようなことがなく、所要の帯域で両モジュールとも同等
に制御をかけることが可能となり、また、制御系に制御
不能な擾乱を与えることがなく、新しい励起モジュール
を動作状態の利得制御系に組込むことが可能となり、こ
れによって、冷予備構成の光増幅器が構成でき、信頼性
を大きく向上させることができる。
【００７３】また、本発明の請求項１８によれば、光増
幅器を２台直列に接続し、そのいずれかの光増幅器にお
いて基準とする増幅率が達成できなくなった場合、全体
としての利得が一定となるように２台の光増幅器の利得
配分を変更する監視制御装置を設けたので、例えば、後
段の光増幅器の励起光源を制御しても所要の利得を確保
できない場合、前段の光増幅器の励起光源を制御して利
得を増加させ、全体としての利得を一定とさせることが
できる。本光増幅器では利用できる励起光源の数が限ら
れている場合に光増幅器を故障状態から回復させること
ができ、信頼性を大きく向上させることができる。
幅器を２台直列に接続し、そのいずれかの光増幅器にお
いて基準とする増幅率が達成できなくなった場合、全体
としての利得が一定となるように２台の光増幅器の利得
配分を変更する監視制御装置を設けたので、例えば、後
段の光増幅器の励起光源を制御しても所要の利得を確保
できない場合、前段の光増幅器の励起光源を制御して利
得を増加させ、全体としての利得を一定とさせることが
できる。本光増幅器では利用できる励起光源の数が限ら
れている場合に光増幅器を故障状態から回復させること
ができ、信頼性を大きく向上させることができる。
【図１】 請求項１対応の光増幅器の構成図
【図２】 請求項２対応の光増幅器の構成図
【図３】 請求項３対応の光増幅器の構成図
【図４】 請求項４対応の光増幅器の構成図
【図５】 請求項５対応の光増幅器の構成図
【図６】 請求項６対応の光増幅器の構成図
【図７】 請求項７対応の光増幅器の構成図
【図８】 請求項８対応の光増幅器の構成図
【図９】 請求項９対応の光増幅器の構成図
【図１０】 請求項１０対応の光増幅器の構成図
【図１１】 請求項１１対応の光増幅器の構成図
【図１２】 請求項１２対応の光増幅器の構成図
【図１３】 請求項１３対応の光増幅器の構成図
【図１４】 請求項１４対応の光増幅器の構成図
【図１５】 請求項１５対応の光増幅器の構成図
【図１６】 請求項１６対応の光増幅器の構成図
【図１７】 請求項１７対応の光増幅器の構成図
【図１８】 請求項１８対応の光増幅器の構成図
【図１９】 出力信号レベルと励起光電力との関係を示
すグラフ
すグラフ
【図２０】 本発明の第１の実施例を示す構成図
【図２１】 図２０の要部拡大側面図
【図２２】 利得と自然放出光の積分値との関係を示す
グラフ
グラフ
【図２３】 自然放出光の積分値と入力信号レベルとの
関係及び励起光電力と入力信号レベルとの関係を示すグ
ラフ
関係及び励起光電力と入力信号レベルとの関係を示すグ
ラフ
【図２４】 利得と入力信号レベルとの関係を示すグラ
フ
フ
【図２５】 本発明の第２の実施例を示す構成図
【図２６】 本発明の第３の実施例を示す構成図
【図２７】 図２６の要部の平面図
【図２８】 本発明の第４の実施例を示す構成図
４，４０，６３，７３…希土類添加光ファイバ、５，１
８，２５，４１，６４，７４…光検出器、６，６５，７
５…積分球、７，２７，４８，４９，５６…駆動回路、
８，２８，５０，５１…励起光源、９…演算回路、１０
…フィルタ、１１，４２…ミラー、１４，１５，３６，
３７，６０，７０…光増幅器、１６，３５，５２…制御
装置、１９…積分器、２０，２９，５５，６６，７６…
比較器、２１，５３…半導体光増幅素子、２２…温度セ
ンサ、３１，３２，３３，３４，６７，６８，７７，７
８…励起モジュール、３０，３８，８０…監視制御装
置。
８，２５，４１，６４，７４…光検出器、６，６５，７
５…積分球、７，２７，４８，４９，５６…駆動回路、
８，２８，５０，５１…励起光源、９…演算回路、１０
…フィルタ、１１，４２…ミラー、１４，１５，３６，
３７，６０，７０…光増幅器、１６，３５，５２…制御
装置、１９…積分器、２０，２９，５５，６６，７６…
比較器、２１，５３…半導体光増幅素子、２２…温度セ
ンサ、３１，３２，３３，３４，６７，６８，７７，７
８…励起モジュール、３０，３８，８０…監視制御装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−151283（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−64902（ＪＰ，Ａ)
Claims (18)
- 【請求項１】 光励起による希土類添加光ファイバ増幅
器において、 希土類添加光ファイバと少なくとも１個の光検出器を積
分球の中に設置し、 該希土類添加光ファイバの側面から放出された自然放出
光の積分値を検出し、 該検出値が一定になるように少なくとも１個の励起光源
を制御するようになしたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項２】 光励起による希土類添加光ファイバ増幅
器において、 コイル状に巻いた希土類添加光ファイバの側面に少なく
とも１個の光検出器を設置し、 該希土類添加光ファイバの側面から放出された自然放出
光を検出し、 該検出値が一定となるように少なくとも１個の励起光源
を制御するようになしたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項３】 光励起による希土類添加光ファイバ増幅
器において、 複数の光検出器を希土類添加光ファイバの異なる位置の
側面にそれぞれ設置してその自然放出光を検出し、 該複数の検出値に所定の演算を加え、その結果が一定に
なるように少なくとも１個の励起光源を制御するように
なしたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項４】 希土類添加光ファイバと光検出器との間
に信号帯域の近傍のみを通過させる光帯域通過フィルタ
を設置したことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記
載の光増幅器。 - 【請求項５】 希土類添加光ファイバを挟んで光検出器
と対向する位置にミラーを設置したことを特徴とする請
求項２乃至４いずれか記載の光増幅器。 - 【請求項６】 光検出器を中心とする所定の円周上に希
土類添加光ファイバを配置したことを特徴とする請求項
２記載の光増幅器。 - 【請求項７】 光検出器の前面に検出感度の入射角度依
存性を補正する空間フィルタを設置したことを特徴とす
る請求項２乃至６いずれか記載の光増幅器。 - 【請求項８】 請求項１乃至７いずれか記載の光増幅器
を２台直列に接続し、前段の光増幅器を高利得に設定
し、後段の光増幅器を損失を含めて低利得に設定したこ
とを特徴とする光増幅器。 - 【請求項９】 光増幅器の出力信号電力を検出し、これ
を信号の統計的性質に基く時定数τｓ（積分値の時間変
動がなくなる時間）よりも長い時間で積分し、この積分
値に基いて光増幅器の基準増幅率を制御し、平均出力信
号電力が一定となるようにしたことを特徴とする請求項
１乃至８いずれか記載の光増幅器。 - 【請求項１０】 励起光源の制御系から励起光電力の動
作情報を抽出し、これと光増幅器の基準利得との関係か
ら出力信号電力を算出し、これを信号の統計的性質に基
く時定数τｓ（積分値の時間変動がなくなる時間）より
も長い時間で積分して平均出力信号電力を算出し、該平
均出力信号電力と基準とする出力信号電力とを比較し、
光増幅器の基準増幅率を制御して平均出力信号電力が一
定となるようにしたことを特徴とする請求項１乃至８い
ずれか記載の光増幅器。 - 【請求項１１】 増幅率と該増幅率が規定される波長情
報とをスイッチ又は電圧等により外部から入力し、制御
可能領域を越えた場合は警報を発生するようになしたこ
とを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載の光増幅
器。 - 【請求項１２】 電流励起の半導体光増幅器において、 半導体光増幅素子の側面に少なくとも１個の光検出器を
設置し、 該半導体光増幅素子の側面から放出された自然放出光を
検出し、 該検出値が一定となるように励起電流を制御するように
なしたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項１３】 希土類添加光ファイバ又は半導体光増
幅素子の近傍に温度センサを設置し、その動作温度を検
出して自然放出光の温度特性及び希土類添加光ファイバ
の損失の信号光波長における温度特性又は半導体光増幅
素子の活性層の信号光波長における温度特性を補正し、
利得温度特性を低減するようになしたことを特徴とする
請求項１乃至１２いずれか記載の光増幅器。 - 【請求項１４】 光励起による希土類添加光ファイバ増
幅器において、 希土類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光
を複数の光検出器により検出し、 これらの検出値に基いて少なくとも１個の励起光源の制
御を行う複数の利得制御回路を設け、 各利得制御回路の基準利得を少しずつ異なる値に設定し
たことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項１５】 光励起による希土類添加光ファイバ増
幅器において、 希土類添加光ファイバの側面から放出された自然放出光
を複数の光検出器により検出し、 これらの検出値に基いて少なくとも１個の励起光源の制
御を行う複数の利得制御回路と、 これらの複数の利得制御回路の動作を監視する監視制御
装置とを設け、 各利得制御回路の基準利得の設定及び動作のオン・オフ
設定を可能となしたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項１６】 希土類添加光ファイバの側面から放出
された自然放出光を少なくとも１個の光検出器で検出
し、これに基いて複数の励起光源を制御する光増幅器に
おいて、 利得制御回路から個々の励起光源を見た時、その特性が
全て同じになるように励起光源の特性の差を吸収する回
路を組込んだ駆動回路と、励起光源とを一体化した励起
モジュールを利得制御回路の出力に複数、並列に接続し
たことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項１７】 各励起モジュールの動作のオン・オフ
を制御する制御装置が設けられ、 各励起モジュールには利得制御回路の制御帯域よりも狭
い低域通過フィルタが設けられ、 該励起モジュールをオフからオンに設定した場合、初期
の状態は制御ループ内に低域通過フィルタが挿入され、
一定時間経過後には低域通過フィルタが回路から切り離
される構成となしたことを特徴とする請求項１６記載の
光増幅器。 - 【請求項１８】 請求項１４乃至１７いずれか記載の光
増幅器を２台直列に接続し、そのいずれかの光増幅器に
おいて基準とする増幅率が達成できなくなった場合、全
体としての利得が一定となるように２台の光増幅器の利
得配分を変更する監視制御装置を設けたことを特徴とす
る光増幅器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131326A JP2648643B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 光増幅器 |
| EP92305084A EP0517503B1 (en) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Optical amplifier |
| DE69221542T DE69221542T2 (de) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Optischer Verstärker |
| US07/892,945 US5245690A (en) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Optical fiber amplifier including rare earth doped fiber and feedback pump light source control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131326A JP2648643B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04356984A JPH04356984A (ja) | 1992-12-10 |
| JP2648643B2 true JP2648643B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=15055338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131326A Expired - Lifetime JP2648643B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 光増幅器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5245690A (ja) |
| EP (1) | EP0517503B1 (ja) |
| JP (1) | JP2648643B2 (ja) |
| DE (1) | DE69221542T2 (ja) |
Families Citing this family (73)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3190036B2 (ja) * | 1990-10-24 | 2001-07-16 | 住友電気工業株式会社 | ファイバ増幅器及びファイバレーザ |
| DE4208858A1 (de) * | 1992-03-19 | 1993-09-23 | Sel Alcatel Ag | Faseroptischer verstaerker mit regelung der pumplicht-wellenlaenge |
| US5471334A (en) * | 1992-10-21 | 1995-11-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method and apparatus for monitoring noise figure of optical amplifier |
| DE4315846A1 (de) * | 1993-03-30 | 1994-10-06 | Sel Alcatel Ag | Faseroptischer Verstärker |
| JPH06318754A (ja) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ファイバ増幅器および光信号伝送システム |
| GB2278230A (en) * | 1993-05-18 | 1994-11-23 | Northern Telecom Ltd | Optical amplifier |
| DE4321856A1 (de) * | 1993-07-01 | 1995-01-12 | Sel Alcatel Ag | Faseroptischer Verstärker mit einer Vorrichtung zur Überwachung der Pump- und Eingangsleistung |
| US5374973A (en) * | 1993-09-21 | 1994-12-20 | Alcatel Network Systems, Inc. | Optical amplifier |
| JP3012760B2 (ja) * | 1993-10-25 | 2000-02-28 | 三菱電機株式会社 | 光増幅器及び分配システム及びローカル・エリア・ネットワーク及び利得制御方法 |
| JP2778438B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1998-07-23 | 日本電気株式会社 | 光増幅装置と光増幅器設計方法と光中継伝送システム |
| FR2714982B1 (fr) * | 1994-01-13 | 1996-02-02 | Alcatel Nv | Amplificateur optique régulé. |
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