JPH04107429A

JPH04107429A - 半導体光増幅器の利得安定化制御方式

Info

Publication number: JPH04107429A
Application number: JP2225892A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Fujiwara; 雅彦藤原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1992-04-08
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JP2626215B2

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、光交換システム等に用いる半導体光増幅器の
利得安定化制御方式に関するものである。

（従来の技術）近年、半導体や稀土類元素を添加した光ファイ）？を用
いた光増幅器に実用的な特性か得られるようになり、光
増幅器を種々の光通信・交換システムに適用する動きか
盛んになってきている。このうち、半導体光増幅器は、
半導体レーザの利得機構を利用し、注入電流を発振しき
い値以下にバイアスして外部からの入射光に対して増幅
器として動作させるものである。半導体光増幅器は、小
型、広い利得波長帯域幅、高飽和出力、アレイ化／集積
化可能等の特徴を持ち、光交換システムの様な多数点対
多数点の光ネッＩ〜ワークの規模拡大への応用が期待さ
れている。特に、光交換方式の内でも、最も実用性の高
い空間分割型（ＳｐａｃｅＤｉｖｉｓｉｏｎ、以下ＳＤ
と略す）光交換システムでは、半導体光増幅器により光
マトリクス・スイッチの損失を補償することにより１２
８回線以上の収容回線数を持つ実用的な光交換機か実現
可能であることか報告されており、半導体光増幅器に対
する期待か高い（［アイ・オー・オー・シー′８９　テ
クニカル・タイジエスト（１００Ｃ’８９　　Ｔｅｃｈ
ｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ）Ｊ　　第３巻、１８２−３頁
、論文番号２０　Ｄ　２−１　）。

半導体光増幅器の利得は、周囲の温度、入射光の偏光状
態等により変化する。従って、半導体光増幅器を実際に
システムの中で用いる際には、半導体光増幅器の利得の
安定化制御が不可欠である。

従来、半導体光増幅器の利得安定化制御方式としては、
送信信号に予め１０　Ｋ　Ｈｚ程度の低周波数パイロッ
ト信号を重畳して光ファイバに伝送し、リピータとして
用いる半導体光増幅器の部分で、半導体光増幅器の出力
の一部を分岐して光電気変換した信号または半導体光増
幅器の端子電圧変化からパイロット信号の強度を検出し
、その大きさを一定値に保つように制御する方式か知ら
れている。この技術については、雑誌［エレクトロニク
ス・レターズ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ
）Ｊ　、第２５巻、１９８９年、２３５−２３６頁や、
電子情報通信学会英文論文誌、第Ｅ７２巻、１９８９年
、１０５９１０６０頁に述べられている。

（郭明が解決しようとする課題）しかしながら、前述した従来の半導体光増幅器の利得安
定化制御方式を、ＳＤ光交換システムの様な多数点対多
数点（ｎ対ｎ）の通信網に適用するにはいくつかの課題
がある。ｎ対ｎ光通信網では、光送信機はお互いに離れ
た地点に置かれており、送信に用いる半導体レーザの電
気的、光学的特性も必ずしも均一ではないから、送信側
でパイロット信号の大きさを一定にすることが難しい。

また、各光送信機と光交換機との間に光フアイバ伝送系
の損失も、光フアイバ敷設状況、光コネクタの状況等に
よりばらつきが生じる可能性か高い。

以上の様な理由で結果的に光交換機の入力点での各光送
信機からのパイロット信号の大きさに違いが生じること
になる。利得安定化の制御システムは、半導体光増幅器
の出力でのパイロット信号の大きさを一定になるように
制御するから、光送信機、光フアイバ伝送路の特性のば
らつを含めて損失補償を行うことになり、非常に大きな
ダイナミック・レンジが必要になるという課題かあった
。

そこで本発明の目的は、光送信機や光フアイバ伝送路の
特性のばらつきの影響を受けず、過大なタイナミックレ
ンジを必要としない半導体光増幅器の利得安定化制御方
式を提供することにある。

（課題を解決するための手段）前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
光７１ヘリクス・スイッチで構成され、光通話路中に前
記光マトリクス・スイッチの損失補償を行なう半導体光
増幅器を有する光交換機における半導体光増幅器の利得
安定化制御方式であって、光交換機の入力光信号をある特定周波数の信号で強度変
調する手段と、強度変調された前記入力光信号を増幅す
る半導体光増幅器の出力光信号の中から前記特定周波数
の信号成分を検出する手段と、該特定周波数の信号成分
の大きさか一定値となるように前記半導体光増幅器の利
得を制御する手段とからなることを特徴とする。

さらに本発明か提供する手段は、前述の半導体光増幅器
の利得安定化制御方式であって、光交換機の入力光信号
に対する強度変調を、前記光交換機を構成する光マトリ
クス・スイッチのクロスポイントを用いて行なうことを
特徴とする。

さらに本発明か提供する手段は、光マトリクス、スイッ
チで構成され、光通話路中に前記光マトリクス・スイッ
チの損失補償を行なう半導体光増幅器を少なくとも二段
有する光交換機における半導体光増幅器の利得安定化制
御方式であって、光交換機の入力端に近い側の第１の半
導体光増幅器において当該光交換機の入力光信号をある
特定周波数の信号で強度変調する手段と、前記第１の半
導体光増幅器で強度変調された前記入力光信号を増幅す
る第２の半導体光増幅器の出力光信号の中から前記特定
周波数の信号成分を検出する手段と、該特定周波数の信
号成分の大きさか一定値となるように前記第２の半導体
光増幅器の利得を制御する手段とからなることを特徴と
する。

（作用）本発明の半導体光増幅器の利得安定化制御方式は、光交
換機の入力光信号をある特定周波数の信号（パイ四ツ１
〜信号）で強度変調し、パイ四ツ１〜信号で強度変調さ
れた前記入力光信号を増幅する半導体光増幅器の出力光
信号から前記パイロット信号を検出し、その検出したパ
イロット信号が一定値になる様に前記半導体光増幅器の
利得を制御することにより、その半導体光増幅器の利得
を安定化している。

また、光交換機を′！Ｉ４或する光マトリクス・スイッ
チのクロスポイントは光変調器として利用できるから、
その光マトリクス・スイッチのクロスポイントで前記強
度変調手段を実現できる。

さらに、半導体光増幅器は注入電流を変調することによ
り利得をもつ光変調器として利用できる（［電子情報通
信学会論文誌］、第Ｅ７１巻、第１０号、１９８８年、
第９７２−９７４頁）。従って、光マトリクス・スイッ
チと半導体光増幅器の多数段接続により構成されている
光交換機では、入力側に近い半導体光増幅器を増幅器兼
光変調器として用い、後段の半導体光増幅器を用いて系
全体の利得安定化制御を行うことができる。

（実施例）次に、本発明について図面を参照して説明する。

第４図は本発明による半導体光増幅器の利得安定化制御
方式を適用する半導体光増幅器を有するＳＤ光交換機の
光通話路の構成を示すブロック図である。ここでは、３
２加入者を収容するＳＤ光交換機を例に説明する。３２
の加入者端末の光送信機］、　ＯＯ−１〜１００−３２
からの光信号は、それぞれ光ファイバ１０６−１〜１．
０６−３２を経て光交換機１０８に伝送される。光交換
機１０８は、光マトリクス・スイッチの三段Ｃ１ｏｓ型
ネツｌ〜ワーク構成にとなっている。

次スイッチは８個の４×８光７１へりクス・スイッチ１
−０１−１〜１０１８からなり、光ファイバ１０６−１
　・〜１．０６−３２を経て伝送された光信号は４×８
光マトリクス・スイッチ１０　ｊ−−１〜１０１−８の
各入力端に入力する。−次スイッチの各出力は８個の８
チャンネル半導体光増幅器アレイ１０２−１〜１．０２
−８に入力した後、リンク配線回路を経て８個の８×８
光マトリクス・スイッチ１０３〜１・〜１０３−８から
なる二次スイッチに入力する。二次スイッチの出力はリ
ンク配線回路を介して、８個の８×４光マトリクス・ス
イッチ１０４−１〜１０１−８からなる三次スイッチに
入力する。三次スイッチの各出力は光交換機１０８の出
力となり、光ファイバＩ　Ｑ　７−１〜１０７−３２を
経て加入者端末の光受信ｆｉ　１．０５１〜１０５−３
２へ伝送される。

第１図は、本発明の半導体光増幅器の利得安定化制御方
式の一実施例を示す図である。本実施例は、第４図に示
ず充交Ｍ！Ｉａ１０８の一次スイッヂとこの一次スイッ
チに接続された半導体光増幅器アレイ部に適用したもの
である。ここで光マトリクス・スイッチ１０１−１は、
二オフ酸すヂウム（ＬｉＮｂＯ３）基板上のチタン（Ｔ
ｉ）拡散光導波路を用いた４人力８出力（４Ｘ８）光マ
）〜リクス・スイッチである。４×８光マトリクス・ス
イッチ１０１．−１の各出カポ−１〜にはそれぞれ半導
体光増幅器が接続されており、その半導体光増幅器のそ
れぞれに対して利得安定化制御か必要であるｌ（、ここ
では光マトリクス・スイッチ１ｏ１１の一組の入出力ボ
ートを例に説明する。加入者端末の光送信機１．０１．
−１からの送信信号は光ファイバ１０６−１を経て光交
換機１０８へ伝送され、光変調器２を介して４×８光７
１へりクス・スイッチ］、　０１．−１の一つ入力端に
入力する。光変調器２には発振器１ａがらの低周波数パ
イロット信号（ここでは１ＱＫＨｚ）が光変調器駆動回
路１ｂにより印加されており、入力信号に数％の変調度
の強度変調がかげられる。光マトリクス・スイッチ１０
１−１の出力ボートには半導体光増幅器１０２か接続さ
れており、光７１ヘリクス・スイッチ１０１．−１の損
失が補償される。半導体光増幅器１０２の光出力の一部
は光カプラ３により分岐され、光検出器４により電気信
号に変換される。光検出器４の出力信号は、増幅器５に
より増幅され、帯域フィルタにより１０　Ｋ　Ｈｚの周
波成分を取り出しな後、整流回路６、低域フィルタ７を
通り直流借上に変換され、差動増幅器８の一方の入力端
子８　ａ、に入力される。差動増幅器８の他方の入力端
子８ｂには、基準となる電圧か印加されている。差動増
幅器８の出力は、半導体光増幅器駆動回路９を介して、
半導体光増幅器１０２の駆動電流に帰還され、差動増幅
器８の出力が零となるように帰還制御される。ここで、
光変調器２は音響光学効果を用いた光変調・偏向器であ
る。

また半導体光増幅器１０２はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
材料による半導体レー材型進行波光増幅器であり、注入
電流８０ｍＡに於て１．５　ｄ　Ｂの光ファイバ間利得
か得られる。

この構成によれは１．０　Ｋ　Ｈｚのパイロット信号を
半導体光増幅器１．０２の極く近くで、光変調器２を用
いて光信号に重畳しているから、遠隔地に置かれた光送
信機１．　ＯＯ−１の状態、光送信機１００−１と光交
換１ａ１０８との間の光ファイバ１０６−１の状態によ
らず、半導体光増幅器１０２の利得の安定化制御が実現
できる。従って、利得制御に過大なタイナミックレンジ
を必要としない。

第２図は、本発明の半導体光増幅器の利得安定Ｊ化制御方式のその他の実施例を示す図である。本実施例
も、第４図に示す光交換機１０８の一次スイッチとこめ
一次スイッチに接続された半１１光増幅器アレイ部に適
用したものである。本実施例では、第１図の実施例で用
いていた光変調器２を除き、その代わりに４×８光マＩ
〜リクス・スイッチ１０１．−１のクロスポイン１〜の
一つを低周波パイロブ１−信月の重畳に利用する。

第５図は、第２図の実施例で用いている４×８光マトリ
クス・スイッチ１０１１の内部構成を示す図である。こ
の光マトリクス・スイッチ１０１、−１は、複数の１．
Ｘ２，２Ｘ２の光スイッチでなる。この各スイッチか低
周波パイロット信号の重質：に利用てきる。特に、初段
の四つの１×２光スイツヂ〈クロスポイント）１０−１
１．０−２　１０−３　１０−４は入力端子に１対１で
対応しており、パイ四ツ１〜信号の印加に適している。

加入者端末の光送信機１０１−１からの送信ロブは光フ
ァイバ１０６−１を経て光交換機１０８へ伝送され、４
×８光マトリクス・スイッチ１０１１の一つの入力端に
入力する。光マトリクス・スイッチ１０１−１の一つの
クロスポイント１．０−１には発振器１ａからの低周波
数パイ四ツ１〜信号（ここでは１０ＫＨｚ）か光変調器
駆動回路１ｂにより印加されており、入力信号に数％の
変調度の強度変調かがけられる。光７１ヘリクス・スイ
ッチ１．０１−１の出カポ−１〜には半導体光増幅器］
０２が接続されており、光マトリクス・スイッチ１０１
〜１の損失が補償される。半導体光増幅器１０２の光出
力の−・部は光カプラ３により分岐され、光検出器４に
より電気信号に変換される。

光検出器４の出力信号は、増幅器５により増幅され、帯
域フィルタにより１０　Ｋ　Ｈｚの周波成分を取り出し
な後、整流回路６、低域フィルタ７を通り直流信号に変
換され、差動増＠器８の一方の入力端子８ａに入力され
る。差動増幅器８の他方の入力端子８ｂには、基準とな
る電圧が印加されている。差動増幅器８の出力は、半導
体光増幅器駆動回路９を介して半導体光増幅器１０２の
駆ｉ流に帰還きれ、差動増幅器８の出力か零となるよう
に帰還制御される。

この構成でも第１図の実施例と同様に、１０ＫＨｚのパ
イロット信号を半導体光増幅器１０２の極く近くで、光
変調器２を用いて光信号に重畳しているから、遠隔地に
置かれた光送信機１００１の状態、光送信機１．　ＯＯ
−１と光交換機１０８との間の光ファイバ１０６−１の
状態によらず、半導体光増幅器１０２の利得の安定化制
御が実現でき　過大なタイナミックレンジか要求される
こともない。

天井、模なＳＤ光交換機を実現する場合には、光マ）・
リクス・スイッチと半導体光増幅器の多段接ワ°１１か
必要となる。例えは、第４図の二次スイッチと　次スイ
ッチの間に、三次スイッチの後ろにも半導体光増幅器を
用いれば、光７１ヘリクス・スイッチの損失を完全に補
償した無損失充交８ｉ！！機か実現できる。第３図は、
本発明の半導体光増幅器内利得安定化制御方式のさらに
その他の実施例を示す図である。本実施例は、第４図に
示す光交換機１０８の二次スイッチの前後に半導体光増
幅器が設けてあり、その多段の半導体光増幅器に適用し
たものである。本実施例では、入力端に近い半導体光増
幅器を光変調器として用いて低周波パイロッ）へ信号の
重畳に利用する。

加入者端末の光送信機１００−１からの送信信号は光フ
ァイバ１０６−１を経て光交換ｆｉ　１．０８へ伝送さ
れ、光交換機１０８の内部で半導体光増幅器１０２ａを
介して８×８光マトリクス・スイッチ１０３−１の−っ
の入力端に入力する。半導体光増幅器１０２ａには発振
器１ａがらの低周波数パイ四ツ１〜信号（ここでは１０
　Ｋ　Ｈｚ　）と直流型２’１７ｊ　ｌ　Ｃからの直流
バイアスが光変調器駆動回路１ｂにより印加されており
、入力信号に数％の変調度の強度変調かがけられる。光
マトリクス・スイッチ↑０３−１の出カポ−）−には半
導体光増幅器１０２が接続しである。半導体光増幅器１
０２の光出力の一部は光カプラ３により分岐され、光検
出器４により電気信号に変換される。光検出器４の出力
信号は増幅器５により増幅され、帯域フイルタリにより
↑Ｑ　Ｋ　Ｉ−１ｚの周波成分を取り出した後　整流回
路６、低域フィルタ７を通り直流信号に変換され、差動
増幅器８の一方の入力端子８ａに入力される。差動増幅
器８の他方の入力端子８ｂには、基準となる電圧か印加
されている。差動増幅器８の出力は、半導体光増幅器駆
動回路９を介ｊ７て半導体光増幅器１０２の駆動電流に
帰還され、差動増幅器８の出力が零となるように帰還制
御される。

この構成でも、パイ會ツ１〜信号を半導体光増幅器１０
２の極く近くで、半導体光増幅器１０２ａを用いて光信
号に重畳しているから、遠隔地に置かれた光送信機１０
０−１の状態、光送信機１００−１と光交換１１ｆｆ１
０８との間の光ファイバ１０６−１の状態によらず、半
導体光増幅器】−０２の利得の安定化制御が実現できる
。

半導体光増幅器を光変調器として用いる際には、自然放
出光が問題になるが、入力信号光強度に対して、利得の
大きさ（直流バイアスの大きさ）を最適化することによ
りこの問題は除くことが出来る。

以上の３つの実施例では、半導体光増幅器の出力中のパ
イロット信号の強度モニタを、半導体光増幅器の出力の
一部を分岐して光電変換することにより行ったが、雑誌
「エレン１へ口こクス・レターズＪ　　（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｊｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）Ｊ　、第２５巻、１９８９
年、２３５−２３６頁に述べられているように、半導体
光増幅器の端子電圧変化を検知してもよい。

（発明の効果）以上に詳細に説明したように、本発明による半導体光増
幅器の利得安定化制御方式によれば、光送信機や光フア
イバ伝送路の特性のばらつきの影響を受けず、過大なタ
イナミックレンジを必要とぜずに半導体光増幅器の利得
安定化制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体光増幅器の利得安定化制御方式
の一実施例を示す図、第２図は本発明の半導体光増幅器
の利得安定化制御方式のその他の実施例を示す図、第３
図は本発明の半導体光増幅器の利得安定化制御方式のさ
らにその他の実施例を示す図、第４図は本発明による半
導体光増幅器の利得安定化制御方式を適用する半導体光
増幅器を有するＳＤ光交換機の光通話路の構成を示すブ
ロック図、第５図は第２図の実施例で用いる光マトリク
ス・スイッチの内部構成を示す図である。ｌａ・・・発振器、１ｂ・・・光変調器駆動回路、ＩＣ
・・直流電源、２・・・光変調器、３・・・光カプラ、
４・・・光検出器、５・・・増幅器、６・・・整流回路
、７・・・低域フィルタ、８・・・差動増幅器、８ａ。８ｂ・・・端子、９・・・半導体光増幅器駆動回路、１
００−１〜Ｚｏｏ−３２・・・光送信機、１０１１〜１
０１３２．１０３−１〜１０３−８．１０４−１〜１、
０４．−８・・・光マトリクス・スイッチ、１０２゜１
０２ａ、・・・半導体光増幅器、１０２−１〜１０２−
８・・・半導体光増幅器アレイ、１０６−１〜１．０６
−３２　１０７−１〜１０７−３２・・・光ファイバ、
１０５−１〜１０５−３２・・・光受信１つ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光マトリクス・スイッチで構成され、光通話路中
に前記光マトリクス・スイッチの損失補償を行なう半導
体光増幅器を有する光交換機における半導体光増幅器の
利得安定化制御方式であって、光交換機の入力光信号を
ある特定周波数の信号で強度変調する手段と、強度変調
された前記入力光信号を増幅する半導体光増幅器の出力
光信号の中から前記特定周波数の信号成分を検出する手
段と、該特定周波数の信号成分の大きさが一定値となる
ように前記半導体光増幅器の利得を制御する手段とから
なることを特徴とする半導体光増幅器の利得安定化制御
方式。
（２）光マトリクス・スイッチで構成され、光通話路中
に前記光マトリクス・スイッチの損失補償を行なう半導
体光増幅器を少なくとも二段有する光交換機における半
導体光増幅器の利得安定化制御方式であって、光交換機の入力端に近い側の第１の半導体光増幅器にお
いて当該光交換機の入力光信号をある特定周波数の信号
で強度変調する手段と、前記第１の半導体光増幅器で強
度変調された前記入力光信号を増幅する第２の半導体光
増幅器の出力光信号の中から前記特定周波数の信号成分
を検出する手段と、該特定周波数の信号成分の大きさが
一定値となるように前記第２の半導体光増幅器の利得を
制御する手段とからなることを特徴とする半導体光増幅
器の利得安定化制御方式。