JPH05241209A

JPH05241209A - 光増幅器制御システム

Info

Publication number: JPH05241209A
Application number: JP4044544A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kinoshita; 進木下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】広い入力レベルにおいて、内部で発生する雑
音を低い状態に維持しつつ自動光出力制御（ＡＰＣ）が
行われるようにする。【構成】励起光制御回路３１により、Ｅｒドープファ
イバ２５を増幅状態におく励起光を、光増幅に充分な一
定値に維持させておく。光増幅器の光出力レベルの制御
は、信号光出力制御回路３３により出力光の変動を抑制
するように、可変光減衰器３２からの出力光の一部を受
光して光電変換する出力光モニタ用受光器２９からの電
気信号に基づき、該可変光減衰器３２の光減衰量を制御
して行う。Ｅｒドープファイバ２５は充分に励起されて
いるので、光増幅器内部で発生する雑音電力に比例する
自然放出光係数を常に低い状態に維持することができ、
広い入力レベルにおいて、低雑音特性でＡＰＣが実現さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】近年、光通信システムの研究開発
が精力的に進められ、光増幅技術を利用したブースター
アンプ、リピータ、プリアンプの重要性が明らかになっ
てきている。本発明は、これら光増幅器の制御システム
に係り、特に光増幅媒体の出力側に可変光減衰手段を設
け、励起光強度を光増幅に充分な一定値に維持しながら
該可変光減衰手段を制御することにより、光増幅器の光
出力、さらには光増幅器の利得を制御する光増幅器制御
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムにおいて、光増幅器をブ
ースターアンプ、リピータ、プリアンプとして適用しよ
うとする場合には、光増幅器の制御が不可欠である。従
来の、例えば光増幅媒体としてエルビウム（Erbium, 以
下Ｅｒで示す）ドープファイバが用いられる光増幅器
に、図１５に示すようなものがある。

【０００３】図１５に示すように、入力信号光（例え
ば、波長1.55μｍ）の一部は光カプラ２１で分岐され、
残りの入力信号光は合波器２２に入力され、制御回路２
３の制御を受ける半導体レーザダイオード等の励起光源
２４から出力される励起光（例えば、波長1.48μｍ）と
合波され、その後Ｅｒドープファイバ２５に入力され
る。ここで、励起光源２４はＥｒドープファイバ２５中
のＥｒイオンにエネルギを与え、電子を励起してＥｒド
ープファイバ２５を増幅状態におくために設けられてい
る。

【０００４】Ｅｒドープファイバ２５に入力した信号光
は、該Ｅｒドープファイバ２５中で増幅作用を受け、そ
の後励起光阻止フィルタ２６に出力される。そして、該
励起光阻止フィルタ２６に入力した光の内、励起光成分
はその進行を阻止され、増幅された信号光と自然放出光
のみが光カプラ２７に入力され、該光カプラ２７でその
一部が分岐された後、残りが外部に出力される。

【０００５】上記において、各々の光カプラ２１，２７
で分岐された一部の入力信号光および出力光は、フォト
ダイオード等の入力光モニタ用受光器２８及び出力光モ
ニタ用受光器２９で各々受光されて電気信号に変換さ
れ、制御回路２３に出力される。

【０００６】そして、制御回路２３により光増幅器とし
ての重要な制御である出力光強度を一定に保つ自動光出
力制御（以下、ＡＰＣという）、及び入力光強度に対す
る出力光強度（利得）を一定に保つ自動利得制御（以
下、ＡＧＣという）が行われる。

【０００７】ここで、ＡＰＣは、出力光モニタ用受光器
２９から入力される電気信号を常に一定値に制御するこ
とにより行われ、ＡＧＣは、入力光モニタ用受光器２８
から入力される電気信号に対する出力光モニタ用受光器
２９から入力される電気信号の比を常に一定値に制御す
ることにより行われるが、両者ともに例えば励起光源２
４の駆動電流を変化させて、即ち励起光強度を変動制御
することで行われてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１５に示
す上記の従来構成の光増幅器では、ＡＰＣ，ＡＧＣを行
うのに励起光強度を変動制御することで行っており、例
えば入力信号光強度が大きくなると励起光強度を小さく
するような制御が行われてきた。

【０００９】これは、励起光強度を一定にしておくと、
光増幅器への入力信号光強度が大きい時には出力光強度
が所望の値より大きくなってしまうためで、この対策と
して、余分な光部品を必要とせず構成が簡易となること
もあって、この場合増幅の割合を下げるために励起光強
度を小さくするような制御が行われている。

【００１０】ここで、励起光強度を任意の値に一定に保
持した状態で、光増幅器（媒体）へ入力する信号光強度
を大きくして行くと、光増幅媒体中を通過する信号光強
度が大きいために、光増幅媒体内で励起されて上順位に
ある電子が全て下順位に落ちてしまい増幅が弱くなる現
象、即ち飽和現象が生じてしまう。このとき、励起光強
度が大きければ大きい程、より大きい入力信号光強度に
対しても飽和しなくなる。しかし、上記のように、従来
構成の光増幅器では、入力信号光強度が大きい時に出力
光強度が所望の値より大きくなってしまうことへの対策
として励起光強度を小さくする制御を行うから、それま
で飽和が生じていなかった（或いは、飽和が小さかっ
た）のに対して、光増幅媒体に飽和が生じてしまうこと
になる。

【００１１】飽和が生じた状態で入力信号光を増幅する
と、増幅器内部から発生する雑音の強度は、同一増幅度
（利得）において、飽和が生じていない状態で増幅する
場合に較べて大きくなことは、ここで詳述しないが明ら
かにされていることである。

【００１２】尚、入力信号光が誘導放出を伴って同一波
長を保ったままどんどん強度が大きくなるのが光の増幅
であり、この場合入力信号光を忠実に反映するのに対
し、入力信号光とは全く無関係に、励起された上順位の
電子が下順位に落ちるときに放出される自然放出光を、
本発明では、雑音としている。自然放出光も入力信号光
と同一波長であるから、入力信号光と区別されず増幅を
受ける。

【００１３】このように、光増幅器への入力信号光強度
が大きくなると励起光強度を小さくする様に制御をして
いるために、結果として光増幅媒体に飽和が生じてしま
い、光増幅器内部で発生する雑音が増加するといった問
題があった。

【００１４】このことから、光増幅器を入力レベルに応
じて多様に設計する必要があった。具体的には、光前置
増幅器、光中継器、光電力増幅器などの使用目的に応じ
て、例えば光増幅媒体としてのＥｒドープファイバの長
さを最適化する必要があった。しかし、量産することを
考えると、同一仕様の光増幅器（例えば、Ｅｒドープフ
ァイバの場合には、ファイバ長を同一とする）が全てに
適用できることが望まれていた。

【００１５】本発明の課題は第１に、広い入力レベルに
おいて、内部で発生する雑音を低い状態に維持しつつ、
自動光出力制御（ＡＰＣ）が行われる光増幅器制御シス
テムを実現できるようにすることであり、第２に、広い
入力レベルにおいて、内部で発生する雑音を低い状態に
維持しつつ、自動利得制御（ＡＧＣ）が行われる光増幅
器制御システムを実現できるようにすることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様の手
段は次の通りである。光増幅媒体１（図１の原理ブロッ
ク図参照、以下同じ）は、例えば、Ｅｒドープファイバ
から成り、入力される信号光を増幅して出力する。

【００１７】励起光制御手段２は、例えば半導体レーザ
ダイオードから成る励起光源の駆動電流を調節すること
で、光増幅媒体１を増幅状態におくための励起光を、例
えばシステムにおいて許容される最大値に予め設定され
た値を常に維持するように制御する。

【００１８】可変光減衰手段３は、光増幅媒体１の出力
側に設けられ、光増幅媒体１で増幅されて入力する光を
自在に減衰させて出力する。光出力制御手段４は、例え
ば可変光減衰手段３からの出力光をモニタする受光器を
備え、該受光器で受光され光電変換されて入力される電
気信号に基づき、出力光の変動を抑制する方向に該可変
光減衰手段３の光減衰量を制御して光増幅器の光出力を
一定に制御する。

【００１９】本発明の第２の態様の手段は次の通りであ
る。光増幅媒体１（図２の原理ブロック図参照、以下同
じ）は、例えばＥｒドープファイバから成り、入力され
る信号光を増幅して出力する。

【００２０】励起光制御手段２は、例えば半導体レーザ
ダイオードから成る励起光源の駆動電流を調節すること
で光増幅媒体１を増幅状態におくための励起光を、例え
ばシステムにおいて許容される最大値に予め設定された
値を常に維持するように制御する。

【００２１】可変光減衰手段３は、光増幅媒体１の出力
側に設けられ、光増幅媒体１で増幅されて入力する光を
自在に減衰させて出力する。利得制御手段５は、例えば
入力光をモニタする受光器と可変光減衰手段３からの出
力光をモニタする受光器を備え、入力光をモニタする受
光器で受光され光電変換されて入力される電気信号に対
する、出力光をモニタする受光器で受光され光電変換さ
れて入力される電気信号の比に基づき、可変光減衰手段
３の光減衰量を制御して光増幅器の利得を一定に制御す
る。

【００２２】

【作用】先ず、本発明の原理を説明する。光増幅器（例
えば、光増幅媒体として、Ｅｒドープファイバが用いら
れているとする）を低雑音で動作させる上で、重要なこ
とは、Ｅｒドープファイバを常に充分に励起しておくこ
とである。近年のＥｒドープファイバの効率の向上及び
励起用半導体レーザの高出力化を考慮すると、Ｅｒドー
プファイバに充分な励起光強度を供給できる技術は確立
されている。

【００２３】以下に詳述するように、光増幅媒体を充分
に励起しておくことによって、光増幅器内部で発生する
雑音電力に比例する自然放出光係数を、広い入力レベル
において常に低い状態に維持することが可能となり、低
雑音な光増幅器が実現される。

【００２４】即ち、雑音電力（パワー）は単位周波数当
たりの自然放出光強度Ｐ_ASE（ν）

【００２５】

【数１】

【００２６】と光フィルタの帯域幅Δｆとの積で表さ
れ、

【００２７】

【数２】

【００２８】で与えられる。ここで、ｎ_spは自然放出光
係数、Ｇは光増幅器の利得、ｈはプランクの定数、νは
信号光の周波数である。上式から明らかなように、自然
放出光係数は雑音電力（自然放出光強度）に比例する。

【００２９】また、十分に励起しておくと自然放出光係
数は小さな値を保つが、飽和が生じてくると自然放出光
係数は大きくなる。なぜなら、自然放出光係数ｎ_spは電
子が上準位に分布するＥｒイオンの密度ｎ₂、および電
子が基底準位（下準位と言うより基底準位と呼んだ方が
良い）に分布するＥｒイオンの密度ｎ₁を用いて以下の
様に定義されるからである。

【００３０】

【数３】

【００３１】ここで、簡単には、ｎ₂を上準位の電子の
数、ｎ₁を基底準位の電子の数と考えても良い。したが
って、光を増幅する状態ではｎ₂は常にｎ₁より大きい
ものの、

【００３２】

【数４】

【００３３】となるからである。また、上述したが、光
増幅器の出力光を一定に保つために励起光強度を制御に
より下げることは光増幅特性の劣化を招き好ましくな
い。

【００３４】そこで、光増幅媒体を可能な限り充分に励
起しておいて、光増幅器の光出力レベルは新たに設けた
光出力制御部で行う構成とすれば、広い入力レベルにお
いて低雑音でＡＰＣが達成される。

【００３５】また、光増幅媒体を可能な限り充分に励起
しておいて、光増幅器の利得は新たに設けた利得制御部
で行う構成とすれば、広い入力レベルにおいて低雑音で
ＡＧＣが達成される。

【００３６】本発明は、上記原理に基づいてなされたも
ので、第１の態様においては、光増幅媒体１は励起光制
御手段２により可能な限り充分に励起されている状態に
おいて入力信号光を増幅し、光増幅器の光出力レベルは
光出力制御手段４により可変光減衰手段３の光減衰量を
制御することにより行われる。

【００３７】また、第２の態様においては、光増幅媒体
１は励起光制御手段２により可能な限り充分に励起され
ている状態において入力信号光を増幅し、光増幅器の利
得は利得制御手段５により可変光減衰手段３の光減衰量
を制御することにより行われる。

【００３８】従って、広い入力レベルにおいて低雑音特
性でＡＰＣ、さらにはＡＧＣが行われる光増幅器制御シ
ステムが実現できる。このため、同一光増幅器を光前置
増幅器、光中継器、光電力増幅器として目的に応じて使
用することができる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図３乃至１４を参照
ながら説明する。図３は、本発明のＡＰＣを実現する光
増幅器制御システムの構成を示す図である。尚、図１５
に示す従来例と同一部材には同一符号を付して重複説明
を省略する。

【００４０】図３に示すように、本実施例においては、
光増幅媒体としてのＥｒドープファイバ２５を増幅状態
におくための励起光を、設定された一定値に維持するよ
うに制御する励起光制御回路３１と、Ｅｒドープファイ
バ２５の出力側に設けられた可変光減衰器３２と、該可
変光減衰器３２の減衰量を制御する信号光出力制御回路
３３と、を含むことを特徴とする。

【００４１】励起光制御回路３１は、各部品及びシステ
ム寿命を考慮した上で、例えば半導体レーザダイオード
ＬＤ等の励起光源２４の駆動電流を調節することで、Ｅ
ｒドープファイバ２５を励起するめたの励起光強度を、
システムに許容される最大値に予め設定された値を常に
維持するように制御する。

【００４２】可変光減衰器３２は、励起光阻止フィルタ
２６を通過して入力する増幅された信号光及び自然放出
光を自在に減衰させる。信号光出力制御回路３３は、光
カプラ２７により分岐された一部の出力光を受光して光
電変換する出力光モニタ用受光器２９から入力される電
気信号に基づき、出力光の変動を抑制する方向に可変光
減衰器３２の減衰量を制御することによって、光増幅器
の出力を一定に制御する。

【００４３】図４は、図３の信号光出力制御回路３３の
構成図である。(a) は模式的回路例、(b) は(a) に示す
回路の出力Ｇの説明図、(c) は(a) に示す回路の動作の
概念的説明図である。

【００４４】図４(a) に示すように、信号光出力制御回
路４１は、出力光モニタ用受光器２９の接地側に設けら
れた抵抗Ｒ₁と差動増幅器４２を含んでいる。そして、
該差動増幅器４２の正入力端子には基準電圧Ｖ_refが入
力され、その負入力端子と、出力光モニタ用受光器２９
と抵抗Ｒ₁との間に位置する端子ｔ₁とが接続されてい
る。

【００４５】従って、光カプラ２７（図３参照）で分岐
された一部の出力光は、出力光モニタ用受光器２９でフ
ォトカレントに光電変換され、抵抗Ｒ₁で生じた電圧降
下による電圧Ｖ_inが差動増幅器４２の負入力端子に入力
する。よって差動増幅器４２の出力Ｇは、基準電圧Ｖ
_refと受光される出力光に対応する電圧Ｖ_inとの差（に
比例する値）となる。この差動増幅器４２の出力Ｇを制
御電圧、Ｖ_cont〔Ｇ（Ｖ _ref−Ｖ_in）＝Ｖ_cont〕として
利用する。

【００４６】例えば、何らかの要因により、光増幅器か
らの出力光強度が増加すれば、受光器２９で受光され光
電変換されて発生する電圧Ｖ_inも増加する。この場合、
図４(b) に示す関係から明らかなように、差動増幅器４
２の出力Ｇは減少する。即ち、図４(c) に示すように制
御電圧Ｖ_contも減少する。信号光出力制御回路４１はこ
の制御電圧Ｖ_contの減少に対応して、可変光減衰器３２
（図３参照）の透過率を下げる（減衰量を増加する）よ
うな制御を行う。逆に、出力光強度が減少した場合は、
電圧Ｖ_inが減少し、図４(b) から分かるように、差動増
幅器４２の出力Ｇは増加する。従って、図４(c) に示す
ように、制御電圧Ｖ_contも増加するので、可変光減衰器
３２の透過率を上げる（減衰量を減少させる）ような制
御を行う。

【００４７】図５は、図３の信号光出力制御回路３３の
他の例の構成図であり、(a) は模式的回路例、(b) は
(a) に示す回路の出力Ｇの説明図、(c) は(a) に示す回
路の動作の概念的説明図である。

【００４８】図５(a) に示すように、光出力制御回路５
１では、図４(a) に示す回路４１とは異なり、差動増幅
器５２の負入力端子に基準電圧Ｖ_refが入力され、その
正入力端子と、出力光モニタ用受光器２９と抵抗Ｒ₁と
の間に位置する端子ｔ₁とが接続されている。

【００４９】従って、光カプラ２７（図３参照）で分岐
された一部の出力光は、出力光モニタ用受光器２９でフ
ォトカレントに光電変換され、抵抗Ｒ₁で生じた電圧降
下による電圧Ｖ_inが差動増幅器５２の正入力端子に入力
する。よって、差動増幅器５２の出力Ｇは、受光される
出力光に対応する電圧Ｖ_inと基準電圧Ｖ_refとの差（に
比例する値）となる。この差動増幅器５２の出力Ｇを、
制御電圧Ｖ_cont〔Ｇ（Ｖ_in−Ｖ_ref）＝Ｖ_cont〕として
利用する。

【００５０】例えば、何からの要因により、光増幅器か
らの出力光強度が増加すれば、受光器２９で受光され光
電変換されて発生する電圧Ｖ_inも増加する。この場合、
図５(b) に示す関係から明らかなように、差動増幅器５
２の出力Ｇは増加する。即ち、図５(c) に示すように制
御電圧Ｖ_contも増加する。

【００５１】信号光出力制御回路５１は、この制御電圧
Ｖ_contの増加に対応して、可変光減衰器３２（図３参
照）の透過率を下げる（減衰量を増加する）ような制御
を行う。逆に、出力光強度が減少した場合には、電圧Ｖ
_inが減少し、図５(b) から分かるように、差動増幅器５
２の出力Ｇは減少する。従って、図５(c) に示すよう
に、制御電圧Ｖ_contも減少するので、可変光限衰器３２
の透過率を上げる（減衰量を減少させる）ような制御を
行う。

【００５２】このように、信号光出力制御回路３３（４
１，５１）は、出力光強度の変動により制御電圧Ｖ_cont
に変動が生じた場合には、該制御電圧Ｖ_contの増減に従
い、出力光強度の増加分，減少分を打ち消す方向に、可
変光減衰器３２の透過率（減衰量）を増減するように制
御する。

【００５３】本実施例は、上記のように構成されている
から、入力信号光（例えば、波長1.55μｍ）は合波器２
２に入力され、励起光制御回路３１の制御を受ける励起
光源２４から出力される励起光（例えば、波長1.48μ
ｍ）と合波され、Ｅｒドープファイバ２５に入力され
る。ここで、励起光は、予め設定された値であるシステ
ムに許容される最大値に維持されて出力されている。

【００５４】Ｅｒドープファイバ２５に入力した信号光
はＥｒドープファイバ２５中で増幅作用を受け、励起光
阻止フィルタ２６に出力される。励起光阻止フィルタ２
６に入力した光の内の励起光成分はその進行を阻止さ
れ、増幅された信号光と自然放出光のみが光カプラ２７
に入力され、その内の一部が分岐され残りが外部に出力
される。

【００５５】光カプラ２７で分岐された一部の出力光は
フォトダイオード等の出力光モニタ用受光器２９で受光
されて電気信号に変換され、信号光出力制御回路３３に
出力される。

【００５６】そして、信号光出力制御回路３３からは図
４及び図５を参照して説明したように、受光された出力
光に対応する電圧Ｖ_inと基準電圧Ｖ_refとの差である制
御電圧Ｖ_contが出力される。

【００５７】今、何らかの負荷変動により出力光が変動
した場合には、図４及び図５を参照して説明したように
信号光出力制御回路３３は、出力光の変動を抑制するよ
うに可変光減衰器３２の減衰量を増減させるから、光出
力は常に一定値に維持され、ＡＰＣが実現される。

【００５８】この場合、Ｅｒドープファイバ２５は、励
起光制御回路３１により充分に励起されているから、光
増幅器内部で発生する雑音電力に比例する自然放出光係
数を、広い入力レベルにおいて常に低い状態に維持でき
る。よって、広い入力レベルにおいて、低雑音でＡＰＣ
が実現される。

【００５９】図６は、本発明のＡＧＣを実現する光増幅
器制御システムの構成図である。尚、図１５に示す従来
例、及び図３に示す実施例と同一部材には同一符号を付
して、重複説明を省略する。

【００６０】図６に示すように、本実施例においては、
光増幅媒体としてのＥｒドープファイバ２５を増幅状態
におくための励起光を設定された一定値に維持するよう
に制御する励起光制御回路３１と、Ｅｒドープファイバ
２５の出力側に設けられた可変光減衰器３２と、該可変
光減衰器３２の減衰量を制御する利得制御回路３４と、
を含むことを特徴とする。

【００６１】ここで、励起光制御回路３１及び可変光減
衰器３２は、図３に示す構成例と同一部材が用いられる
ので説明を省略する。利得制御回路３４には、光カプラ
２１により分岐された入力信号光を受光して光電変換す
る入力光モニタ用受光器２８からの電気信号、及び光カ
プラ２７により分岐された出力光を受光して光電変換す
る出力光モニタ用受光器２９からの電気信号が入力され
る。

【００６２】そして、利得制御回路３４は、入力光モニ
タ用受光器２８からの電気信号に対する出力光モニタ用
受光器２９からの電気信号の比に基づき、出力光の変動
を抑制する方向に可変光減衰器３２の減衰量を制御する
ことにより、光増幅器の利得を一定に制御する。

【００６３】図７は、図６に示す利得制御回路３４の模
式的構成図である。図７に示すように、利得制御回路３
４は、出力光モニタ用受光器２９の接地側に抵抗Ｒ₂が
設けられ、該受光器２９と抵抗Ｒ₂との間に位置する端
子ｔ₂と差動増幅器７１の正入力端子とが対数増幅器７
３を介して接続されている。また、入力光モニタ用受光
器２８の接地側に抵抗Ｒ₃が設けられ、該受光器２８と
抵抗Ｒ₃との間に位置する端子ｔ₃と差動増幅器７１の
負入力端子とが対数増幅器７４を介して接続されてい
る。

【００６４】そして、差動増幅器７１の出力端と差動増
幅器７２の正入力端子とが接続され、また差動増幅器７
２の負入力端子には基準電圧Ｖ_refが入力されている。
従って、光カプラ２７（図６参照）で分岐された出力光
は、出力光モニタ用受光器２９でフォトカレントに光電
変換され、また抵抗Ｒ₂で生じた電圧降下による電圧Ｖ
₂が、対数増幅器７３からその対数値 logＶ₂として出
力される。また、光カプラ２１（図６参照）で分岐され
た入力光は、入力光モニタ用受光器２８でフォトカレン
トに光電変換され、抵抗Ｒ₃で生じた電圧降下による電
圧Ｖ₃が対数増幅器７４からその対数値 logＶ₃として
出力される。また、差動増幅器７１からは、これらの差
（に比例する値）（ logＶ₂− logＶ₃＝ logＶ₂／Ｖ
₃）＝Ｖ_inが出力される。そして、差動増幅器７２か
ら、入力光に対する出力光の比に対応する電圧Ｖ_inと基
準電圧Ｖ_refとの差（に比例する値）が出力される。こ
の差動増幅器７２の出力Ｇを、制御電圧Ｖ_cont〔Ｇ（Ｖ
_in−Ｖ_ref）＝Ｖ_cont〕として利用する。

【００６５】例えば、何らかの要因により光カプラ２７
からの出力光強度が変動すれば、入力光に対する出力光
の比に対応する電圧Ｖ_inと基準電圧Ｖ_refとの差である
差動増幅器７２の出力Ｇが変動する。よって、この出力
Ｇを制御電圧Ｖ_contとして利用し、制御電圧Ｖ_contが増
加した場合には、可変光減衰器３２（図６参照）の透過
率を減少（減衰量を増加）させる。逆に制御電圧Ｖ_cont
が減少した場合には、可変光減衰器３２の透過率を増加
（減衰量を減少）させる。

【００６６】本実施例は、上記のように構成されている
から、入力信号光（例えば、波長1.55μｍ）の一部は光
カプラ２１で分岐され、残りの入力信号光は合波器２２
に入力され、励起光制御回路３１の制御を受ける励起光
源２４から出力される励起光（例えば、波長1.48μｍ）
と合波され、Ｅｒドープファイバ２５に入力される。こ
こで、励起光は予め設定された値であるシステムに許容
される最大値に維持されて出力されている。

【００６７】Ｅｒドープファイバ２５に入力した信号光
は、Ｅｒドープファイバ２５中で増幅作用を受け、励起
光阻止フィルタ２６に出力される。該励起光阻止フィル
タ２６に入力した光の内、励起光成分はその進行を阻止
され、増幅された信号光と自然放出光のみが光カプラ２
７に入力され、該光カプラ２７でその一部が分岐された
後、残りが外部に出力される。

【００６８】各々の光カプラ２１，２７で分岐された一
部の入力信号光及び出力光は、各々入力光モニタ用受光
器２８及び出力光モニタ用受光器２９で各々受光されて
電気信号に変換され、利得制御回路３４に出力される。

【００６９】そして、利得制御回路３４からは、図７を
参照して説明したように、入力光に対する出力光の比に
対応する電圧Ｖ_inと基準電圧Ｖ_refとの差である制御電
圧Ｖ _contが出力される。

【００７０】今、何らかの負荷変動により出力光が変動
した場合には、図７を参照して説明しように利得制御回
路３４は、出力光の変動を抑制するように可変光減衰器
３２の減衰量を増減させるから利得は常に一定値に維持
され、ＡＧＣが実現される。

【００７１】この場合、Ｅｒドープファイバ２５は、励
起光制御回路３１により充分に励起されているから、光
増幅器内部で発生する雑音電力に比例する自然放出光係
数を、広い入力レベルにおいて常に低い状態に維持でき
る。よって、広い入力レベルにおいて、低雑音でＡＧＣ
が実現される。

【００７２】図８は、ファラデー回転子を用いて可変光
減衰器を構成する例を示す。図８に示すように、ファラ
デー回転子８１を偏光子８２及び検光子８３で挟み、可
変光減衰器を偏光依存性無しに働かせる。

【００７３】図示しない入力側の光ファイバよりの入力
光をレンズにより平行光とした後、偏光子８２（例え
ば、ルチル偏光分離板）により２つの直交する偏光成分
に分離させ、ファラデー回転子８１に通す。２つの直交
する偏光成分光は、ファラデー回転子８１中を通過する
間にコイル８１ａが作る磁場Ｈの強度に応じて各々の偏
波面が回転する。その後、検光子８３（例えば、ルチル
偏光分離板）によって２つの偏光成分光は合成されて出
力側の図示しない光ファイバへ結合される。

【００７４】ここで、ある磁場Ｈにおいて、特定の（偏
波面の）回転角で出力側の光ファイバへの結合効率が最
大になる様に調整しておく。この場合、磁場Ｈの強さを
変えることで偏波面の回転角を変えることができるか
ら、図示しない制御回路によってコイル８１ａが作る磁
場Ｈを変化させれば、出力側の光ファイバに対する結合
効率が変化する。即ち、入射した光を所望の割合で減衰
させ、出力側の光ファイバへ出力することが偏光依存性
無しに実現できる。

【００７５】図９は、図８のファラデー回転子を駆動す
る駆動電流を形成するための電圧−電流変換回路９１の
構成例であり、(a) は模式的回路例、(b) はその動作説
明図である。

【００７６】図３の信号光出力制御回路３３及び図６の
利得制御回路３４においては、各々制御電圧Ｖ_contによ
り可変光減衰器３２を制御するとしていた。ここで、フ
ァラデー回転子８１は、電流によって制御されるので、
上記の電圧−電流変換回路９１が必要になる。

【００７７】図９(a) に示すように、電界効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）９２のソース（Ｓ）とドレイン（Ｄ）間
に、抵抗Ｒ₄とファラデー回転子８１のコイル８１ａと
電圧源９３から成る直列回路を接続する。そして、ゲー
ト（Ｇ）とソース（Ｓ）間には、上記制御電圧Ｖ_contを
印加する。コイル８１ａには、制御電流Ｉ_contが流れ、
その増減によりファラデー回転子８１のコイル８１ａが
作る磁場Ｈが変化して、減衰量が変化する。

【００７８】図９(b) に示すように、出力光強度が増加
すると制御電圧Ｖ_contは増加し、コイル８１ａへ流れる
制御電圧Ｉ_contが減少する。よって、ファラデー回転子
８１の磁場Ｈが減少しファラデー回転子８１を通過する
偏光成分光の偏波面の回転角が減少する。そのため、図
示しない出力側の光ファイバへの結合効率が低下し、減
衰量が増大する。

【００７９】逆に、出力光強度が減少すると制御電圧Ｖ
_contは減少し、コイル８１ａへ流れる制御電流Ｉ_contが
増加する。よって、ファラデー回転子８１の磁場Ｈが増
加し偏光成分光の偏波面の回転角が増加する。そのた
め、出力側の光ファイバへの結合効率が上昇し、減衰量
が減少する。

【００８０】図１０は、半導体変調器を用いて可変光減
衰器を構成する例を示す。(a) は可変光減衰器の概念的
ブロック図、(b) は偏光依存性を無くするための構成
例、(c) は半導体変調器の例、(d) は透過率特性図であ
る。

【００８１】図１０(a) に示すように、偏光依存性の無
い半導体変調器１０１に入力光の方向と直角方向に制御
電圧を印加し、該制御電圧を増減させれば、所望の量減
衰された出力光が得られる。

【００８２】半導体変調器が偏光依存性を有している場
合であっても、図１０(b) に示すように、２台の半導体
変調器１０２，１０３を、互いに制御電圧の印加方向が
直交する様に配置することで、各々の半導体変調器１０
２，１０３が有する偏光依存性が相殺され、偏光依存性
の無い可変光減衰器を構成することができる。

【００８３】半導体変調器は、例えばElectronics Lett
ers 15th September 1988 Vol,24No,19pp．1194・1195
に記載されているように、図１０(c) に示される構成の
ものが知られている。

【００８４】図１０(c) に示すように、半導体変調器は
基板（ｎ−ＩｎＰ）上にＳｉ−ＩｎＰ層が設けられ、該
Ｓｉ−ＩｎＰ層上に形成された絶縁膜（ＳｉＯ₂）上に
ポリイミド（Polyimide)層が設けられている。そして、
該半導体変調器の左側面に一部が現われているように、
導波路（ＧａＩｎＡｓＰ）が上記Ｓｉ−ＩｎＰ層の中央
部に形成され、該導波路（ＧａＩｎＡｓＰ）上にはクラ
ッド層（ｐ−ＩｎＰ）が形成されるとともにその上部に
キャップ層（ｐ⁺−ＧａＩｎＡｓＰ）が設けられてい
る。さらに、該キャップ層（ｐ⁺−ＧａＩｎＡｓＰ）と
その周辺の上記ポリイミド層の上部に、及び上記基板
（ｎ−ＩｎＰ）の下面に各々電極（electrode)が形成さ
れている。

【００８５】半導体変調器は、半導体に電圧をかけると
吸収端が長波長側にシフトする効果であるFranz-Keldys
h 効果を利用したものである。即ち半導体に電圧を印加
すると、エネルギーバンド構造に傾斜がつき、バンドギ
ャップが狭くなったようになるという現象である。従っ
て、半導体に吸収端付近の波長をもった光を通しておき
電圧をかけると、光は吸収されることになる。尚、半導
体変調器の場合、入力光の振幅が変調される。

【００８６】そして、印加される制御電圧に対する透過
率の特性は、図１０(d) に示されるようであり、制御電
圧が増加すれば透過率は直線的に減少（減衰量が増加）
する。即ち、入力光の一部が吸収されて、光の減衰が生
じる。

【００８７】図１１は、液晶を用いて可変光減衰器を構
成する例を示す。ファラデー回転子８１の場合と同様
に、液晶１１１を偏光子１１２及び検光子１１３で挟
み、可変光減衰器を偏光依存性無しに働かせる。

【００８８】液晶１１１を例えばＴＮモードで用する。
即ち、電界をかけないときは基板間で液晶分子基軸を90
°ねじり、偏光を90°回転させる効果を持たせておき、
これに電界をかけてねじれ配向から電界方向への配向に
変換し偏光の回転をなくす、いわゆるツイステッド・ネ
マチック方式である。

【００８９】入力側の光ファイバ１１３からの入力光を
偏光子１１２で２つの直交する偏光成分に分離する。各
々の偏光成分光は液晶１１１を通過することにより、印
加される制御電圧の強度に応じて各々の偏波面が回転す
る。その後、検光子１１３によって２つの偏光成分光は
合波されて出力側の光ファイバ１１５に結合される。

【００９０】ここで、ある制御電圧において特定の（偏
波面の）回転角で出力側の光ファイバへの結合効率が最
大になる様に調整しておく。この場合、制御電圧の大き
さで偏波面の回転角を変えることができる。よって、図
示しない制御回路によって印加する制御電圧を変えれ
ば、出力側の光ファイバ１１５に対する結合効率が変化
する。即ち、入射した光を所望の割合で出力側の光ファ
イバ１１５へ出力することが、偏光依存性無しに実現で
きる。

【００９１】図１２は、光の結合系における結合位置を
変化させて可変光減衰器を構成する例を示す。光の結合
系１２１において、入力側の光ファイバ１２２からの入
力光は、前方レンズ１２３で平行光とされ、後方レンズ
１２４を通過して出力側の光ファイバ１２５に入力す
る。

【００９２】上記において、出力側の光ファイバ１２５
の端面が後方レンズ１２４の焦点位置にあるときが、出
力側のファイバ１２５への結合効率が最大となる。そし
て、出力側の光ファイバ１２５の端面を後方レンズ１２
４の焦点から離間させるに従い結合効率は低下する。

【００９３】即ち、出力側ファイバ１２５を図示しない
制御回路からの制御信号により矢印で示す光軸方向に移
動させる手段を設け、後方レンズ１２４に対する位置を
変化させることで、結合効率を変化させ、所望の減衰量
を得ることができる。

【００９４】また、出力側のファイバ１２５を移動させ
るのではなく、入力側のファイバ１２２を移動させるよ
うにしてもよく、また、前方レンズ１２３または後方レ
ンズ１２４を移動させるようにしても良い。

【００９５】図１３は、円板状の光減衰器を用いて可変
光減衰器を構成する例である。円板状の光減衰器１３１
は、円周方向で減衰量が連続的に異なっている。図１３
に示すように、入力側の光ファイバ１３２から入力する
光を前方レンズ１３３により平行光とし、円板状の光減
衰器１３１を通過させ後方レンズ１３４により出力側の
光ファイバ１３５に導く。円板状の光減衰器１３１を図
示じない制御回路からの制御信号により矢印の如く回転
させる手段を設ける。制御信号に応じて円板が回転する
ことで、所望の減衰量が得られる。

【００９６】図１４は、光学フィルタのフィルタ特性を
利用して可変光減衰器を構成する例である。(a) はその
構成図、(b) は減衰量可変の原理図である。例えば、光
学フィルタとして、光バンドパスフィルタとしてよく知
られている誘電体多層膜１４１を用いる。誘電体多層膜
１４１は、一般に入力光の入射角度により中心波長λ_c
が変化する。

【００９７】図１４(a) に示すように、入力側の光ファ
イバ１４２から入力する光を前方レンズ１４３により平
行光とし、誘電体多層膜１４１を通過させ後方レンズ１
４４により出力側の光ファイバ１４５に導く。誘電体多
層膜１４１を図示しない制御回路からの制御信号により
矢印の如く回転させる手段を設ける。

【００９８】図１４(b) に示すように、誘電体多層膜１
４１が回転したことによって、透過率曲線が点線から実
線で示すように移動して、フィルタの中心波長λ_cが例
えば信号光の波長λ_sigより左側にズレて、透過率が減
少（減衰量が増加）する。即ち、制御信号に応じて誘電
体多層膜１４１が回転すれば、信号光波長に対する減衰
量が変化する。尚、光学フィルタとしては、誘電体多層
膜に限られることはない。

【００９９】上記の図８及び図１０乃至図１４に示した
何れの構成の可変光減衰器も、本発明のＡＰＣを実現す
る光増幅器制御システム及びＡＧＣを実現する光増幅器
制御システムに適用できるものである。この場合、偏光
依存性が無いから信号の歪みがなく、反対減衰量を充分
に取れるから反射光が光増幅媒体に戻ることはなく、光
増幅器の動作が不安定とはならない。

【０１００】そして、本発明においては、ＡＰＣ及びＡ
ＧＣの実現を従来のように励起光強度を変化させて行う
のではなく、励起光をシステムに許容される最大値に一
定に保持し、光増幅媒体を充分に励起しておいて行う。

【０１０１】従って、光増幅器内部で発生する雑音電力
に比例する自然放出係数を、広い入力レベルにおいて常
に低い状態に維持することが可能となり、低雑音な光増
幅器制御システムが実現される。よって、同一光増幅器
を光前置増幅器、光中継器、光電力増幅器として目的に
応じて使用することが可能となる。

【０１０２】尚、上記図３及び図６に示した実施例は、
入力信号光が光増幅媒体へ入射する方向と同方向から励
起する前方励起構成となっているが、入力信号光とは反
対方向から励起する後方励起構成とすることもできる。

【０１０３】また、光増幅媒体をＥｒドープファイバを
例にとり説明したが、これに限られず、ネオジム（Neod
ymium, Nd)或いはプラセオジム（Praseodymium, Pr) 等
の希土類元素がドープされた媒体であっても良い。

【０１０４】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１の態様によ
れば、光増幅媒体を充分に励起しておいて、光増幅器の
光出力レベルの制御は別に設けた光出力制御部で行うよ
うにしているから、広い入力レベルにおいて低雑音で自
動光出力制御（ＡＰＣ）が実現される。

【０１０５】また、本発明の第２の態様によれば、光増
幅媒体を充分に励起しておいて、光増幅器の利得の制御
は別に設けた利得制御部で行うようにしているから、広
い入力レベルにおいて低雑音で自動利得制御（ＡＧＣ）
が実現される。

【０１０６】従って、同一光増幅器を光前置増幅器、光
中継器、光電力増幅器として目的に応じて使用すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の態様の原理ブロック図である。

【図２】本発明の第２の態様の原理ブロック図である。

【図３】本発明のＡＰＣを実現する光増幅器制御システ
ムの構成を示す図である。

【図４】図３の信号光出力制御回路の構成図であり、
(a) は模式的回路例、(b) は(a)の回路の出力の説明
図、(c) は(a) の回路の動作の概念的説明図である。

【図５】図３の信号光出力制御回路の他の例の構成図で
あり、(a) は模式的回路例、(b) は(a) の回路の出力Ｇ
の説明図、(c) は(a) の回路の動作の概念的説明図であ
る。

【図６】本発明のＡＧＣを実現する光増幅器制御システ
ムの構成を示す図である。

【図７】図６に示す利得制御回路の模式的構成図であ
る。

【図８】ファラデー回転子を用いて可変光減衰器を構成
する例を示す図である。

【図９】図８のファラデー回転子を駆動する駆動電流を
形成するための電圧−電流変換回路の構成例を示す図で
あり、(a) は模式的回路例、(b) は(a) の回路の動作説
明図である。

【図１０】半導体変調器を用いて可変光減衰器を構成す
る例を示す図であり、(a) は概念的ブロック図、(b) は
偏光依存性を無くすための構成例、(c) は半導体変調器
の例、(d) は透過率特性図である。

【図１１】液晶を用いて可変光減衰器を構成する例を示
す図である。

【図１２】光の結合系における結合位置を変化させて可
変光減衰器を構成する例を示す図である。

【図１３】円板状の減衰器を用いて可変光減衰器を構成
する例を示す図である。

【図１４】光学フィルタのフィルタ特性を利用して可変
光減衰器を構成する例を示す図である。

【図１５】従来の光増幅器の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１光増幅媒体２励起光制御手段３可変光減衰手段４光出力制御手段５利得制御手段８１ファラデー回転子１０１半導体変調器１１１液晶１２１光の結合系１３１円板状の光減衰器１４１光学フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力光を増幅する光増幅媒体（１）と、該光増幅媒体（１）を増幅状態におくための励起光を、
光増幅に充分な一定値に維持する励起光制御手段（２）
と、前記光増幅媒体（１）の出力側に設けられ、該光増幅媒
体（１）からの光を減衰させて出力することが可能な可
変光減衰手段（３）と、該可変光減衰手段（３）からの出力光に基づき、該可変
光減衰手段（３）の光減衰量を制御することにより光増
幅器の光出力を一定に制御する光出力制御手段（４）
と、を有することを特徴とする光増幅器制御システム。
【請求項２】入力光を増幅する光増幅媒体（１）と、該光増幅媒体（１）を増幅状態におくための励起光を、
光増幅に充分な一定値に維持する励起光制御手段（２）
と、前記光増幅媒体（１）の出力側に設けられ、該光増幅媒
体（１）からの光を減衰させて出力することが可能な可
変光減衰手段（３）と、前記入力光に対する前記可変光減衰手段（３）からの出
力光の比に基づき、該可変光減衰手段（３）の光減衰量
を制御することにより光増幅器の利得を一定に制御する
利得制御手段（５）と、を有することを特徴とする光増幅器制御システム。
【請求項３】前記可変光減衰手段（３）は、ファラデ
ー回転子（８１）を用いて形成されることを特徴とする
請求項１または２記載の光増幅器制御システム。
【請求項４】前記可変光減衰手段（３）は、半導体変
調器（１０１）を用いて形成されることを特徴とする請
求項１または２記載の光増幅器制御システム。
【請求項５】前記可変光減衰手段（３）は、液晶（１
１１）を用いて形成されることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の光増幅器制御システム。
【請求項６】前記可変光減衰手段（３）は、光の結合
系（１２１）における結合位置を変化させて結合効率を
変化させる装置であることを特徴とする請求項１または
２記載の光増幅器制御システム。
【請求項７】前記可変光減衰手段（３）は、円板状の
光減衰器（１３１）を用いて形成されることを特徴とす
る請求項１または２記載の光増幅器制御システム。
【請求項８】前記可変光減衰手段（３）は、光学フィ
ルタ（１４１）のフィルタ特性を利用する装置であるこ
を特徴とする請求項１または２記載の光増幅器制御シス
テム。