JPH0677565A - 光ファイバ増幅器および送信機波長制御を使用する光通信システム - Google Patents

光ファイバ増幅器および送信機波長制御を使用する光通信システム

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JPH0677565A
JPH0677565A JP5060556A JP6055693A JPH0677565A JP H0677565 A JPH0677565 A JP H0677565A JP 5060556 A JP5060556 A JP 5060556A JP 6055693 A JP6055693 A JP 6055693A JP H0677565 A JPH0677565 A JP H0677565A
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optical
optical waveguide
laser
signal
wavelength
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JP5060556A
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Rolf Heidemann
ロルフ・ハイデマン
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Alcatel Lucent NV
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光信号を発生する半導体レーザ1
を備えた光送信機20と、その光信号を光受信機に伝送す
る光導波体路2 を具備し、光導波体路2 に１以上の光フ
ァイバ増幅器3, 4が含まれ、その光ファイバ増幅器3, 4
は増幅光導波体部分5 を備えている光通信システムにお
ける種々の原因による放射波長の変化を補正して高い利
得を得ることを目的とする。 【構成】 光送信機20が光導波体路2 に結合された基準
光導波体部分9 と、その出力光を受ける光検出器10と、
制御装置11を含み、その制御装置11は基準光導波体部分
9 における光信号の吸収に依存して半導体レーザの放射
波長を調整し、各光ファイバ増幅器3, 4はその増幅光導
波体部分5 が放射スペクトルにおける最大値を有する波
長で吸収スペクトルにおける最大値を有することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】このようなシステムは、C.R.Giles 氏に
よる文献（Journal of Lightwave Technology 1991年、
２月、第９巻、第２号の第147 乃至154 頁、特に図２か
ら良く知られている。
【０００３】C.R.Giles 氏による文献（Journal of Lig
htwave Technology 、1991年、２月、第９巻、第２号の
第271 乃至283 頁）は、光ファイバ増幅器の利得がその
光入力信号の波長の関数、すなわち伝送システムの光送
信機の放射波長であることを開示している。利得の波長
依存性（破線曲線）は、光ファイバ増幅器に優先して使
用される光導波体のＥｒ3+でドープされた部分の異なる
組成の２つの例において示されている。加えて、同じ光
導波体部分における吸収の波長依存性が示されている
（実線曲線）。利得曲線および吸収曲線が同じ波長でそ
れらの最大値を有し、この波長が光導波体部分の様々な
型式に対してほぼ同じであるということが認められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような光ファイバ
増幅器を使用する光通信システムにおいて、利得の説明
された波長依存性は次のような問題を引き起こす。光送
信機において使用される半導体レーザの放射波長が光フ
ァイバ増幅器が最大利得を有する波長でなく、それに近
接している場合、利得はすでにかなり低下する。さらに
複数の光ファイバ増幅器が直列に配置される場合、最大
利得の波長における雑音は累積され、信号対雑音比が低
下する。
【０００５】これに加えて、次のような問題も生ずる。
光伝送システムにおいていわゆる“レーザチャープ”、
すなわち光学的に伝送される電気信号の信号振幅の関数
である光信号の波長における不所望な変動が存在するこ
とが知られている。伝送された光信号の波長が光ファイ
バ増幅器における利得に関して最適な波長でない場合、
利得曲線が波長に依存する峻度は非常に大きく、光信号
における不所望な波長変動の存在は光学利得によってか
なりの不所望な振幅変動に変換される。利得曲線の最大
値の領域における波長変動によって生じたこのような振
幅変動は顕著に少ない。
【０００６】したがって、１つあるいは複数の光ファイ
バ増幅器がその最大利得を有する光導波体通路に含まれ
ることは特定の型の光ファイバ増幅器の波長に等しい伝
送システムの光送信機の放射波長として望ましいもので
ある。利得の説明された波長依存性をそれぞれ有する伝
送路に直列に接続された一連の光ファイバ増幅器を考え
ると、連鎖して配置された光ファイバ増幅器が波長の狭
い帯域において送信された光信号の良好な振幅を全体と
して生成することは明らかである。放射波長が光ファイ
バ増幅器に関する最適な波長（例えば、１５３６ｎｍあ
るいは１５５５ｎｍ）である半導体レーザは市場におい
て入手できるが、ある型のレーザの異なる個々の装置間
の変動、および半導体レーザの老化およびその周囲温度
における変動の結果である放射波長における変化による
偏差が存在する。
【０００７】引用した刊行物には、システムの光送信機
の放射波長が１つあるいは複数の光ファイバ増幅器を含
んでいる光導波体通路が有効な利得を生成する波長に適
合されることをどのように達成されるかについては説明
されていない。
【０００８】本発明の目的は、このような適合が行われ
るこの型式のシステムを開発することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的は、光信号を発
生する半導体レーザを具備した光送信機および発生され
た光信号を光受信機に伝送する光導波体路を具備し、光
導波体路に少なくとも１つの光ファイバ増幅器が含まれ
ており、その光ファイバ増幅器は増幅光導波体部分を備
えている光通信システムにおいて、光送信機が制御装置
を含み、その制御装置は基準光導波体部分における光信
号の吸収に依存して半導体レーザの放射波長を調整し、
各光ファイバ増幅器はその増幅光導波体部分が放射スペ
クトルにおける最大値を有する波長で吸収スペクトルに
おける最大値を有することを特徴とする光通信システム
によって達成される。変形については請求項２以下に記
載されている。
【００１０】本発明による光通信システムの光送信機
は、光受信機に発生された光信号を伝送する光導波体路
を含んでいる光通信システム用の光信号を発生する半導
体レーザを具備し、増幅光導波体部分を含んでいる少な
くとも１つの光ファイバ増幅器が前記光導波体路中に挿
入される光送信機において、光送信機が制御装置を含
み、この制御装置は、基準光導波体部分における光信号
の関数として半導体レーザの放射波長を調整し、その基
準光導波体部分は各光ファイバ増幅器の増幅光導波体部
分が放射スペクトルにおける最大値を有する波長におい
て波長の吸収スペクトルにおける最大値を有することを
特徴とする。
【００１１】本発明は、光送信機の放射波長が入力光を
最大に増幅する光ファイバ増幅器の波長に同調されるよ
うにするものである。これに関連して、光ファイバ増幅
器の増幅スペクトル、すなわち利得の波長依存性の推移
が増幅する光導波体部分として光ファイバ増幅器に使用
された光導波体部分の吸収スペクトルと同じ波長で最大
値を有するということによる利点が得られる。
【００１２】
【実施例】本発明による伝送システムは、光電気変換器
とも呼ばれる従来の伝送システムと同様に動作する典型
的な部品である半導体レーザ１を含み、それは電気入力
信号をある放射波長λ0 の光出力信号に変換し、遠隔の
図示されていない光受信機と半導体レーザ１を接続する
光導波体伝送路２には光ファイバ増幅器３および４が含
まれている。
【００１３】光導波体通路２に含まれる光ファイバ増幅
器の数は、本発明に関して重要ではない。それは光伝送
路が使用される特定の適用に依存する。このような適用
は、光ファイバ増幅器の出力で伝送された光信号が光フ
ァイバ増幅器を再び含む複数の連続的な光導波体に分岐
される場合も含む。本発明は、伝送路が１つ以上の光フ
ァイバ増幅器を含むことが重要である。
【００１４】複数の光ファイバ増幅器が設けられる場
合、参照符号３で示された増幅器のみが考慮される。こ
のような増幅器に関して典型的であるように、それは例
えば光導波体のＥｒ3+でドープされた部分のような光信
号を増幅する光導波体部分５、および光導波体部分７お
よび光ファイバカプラ８を通って増幅光導波体部分５光
にポンプ光を結合するポンプ光源６を含む。
【００１５】簡単にするため、用語、光は任意の光放
射、つまり可視領域外の放射に対しても使用されてい
る。典型的に約１５５０ｎｍの波長の強度変調光はこの
ようなシステムで伝送される。
【００１６】上記の限りでは、これは上記された問題を
有する従来のシステムと同様である。
【００１７】これらの問題を解決するため、本発明は、
レーザ１によって放射された光の一部分が結合されるＥ
ｒ3+でドープされた光導波体部分９と、光導波体部分９
に結合した光の吸収されない部分を受信し、受信された
光の強度に対応する電気信号にそれを変換する光検出器
10と、および光検出器10の電気出力信号に基いて光導波
体部分９中の光吸収が最大であるように半導体レーザ１
を制御するレーザ制御回路11とを備えている。これらの
手段は、制御装置を共に形成する。
【００１８】半導体レーザ１、その動作のために要求さ
れた付勢回路（レーザ駆動回路）および本発明によって
設けられた放射波長を調整する上記手段は、図１におけ
る参照符号20の破線の囲いによって示されたような伝送
システムの光送信機を構成している。
【００１９】制御装置の詳細を説明する。図１の実施例
において、光導波体部分９中にレーザ１によって放射さ
れた光の一部分を結合する手段は、レーザの光出力から
伝送システムの光受信機の方へ導く光導波体２中に挿入
される光ファイバカプラ12の形態で設けられている。代
りに、光導波体部分９中にレーザ１によって放射された
光の一部分を結合するのに適当な任意の別の手段が使用
されることができる。例えば、半導体レーザの後端部か
ら出る光が光導波体部分中に結合され、そこから光導波
体部分９中に結合されてもよい。
【００２０】光導波体部分９は、光ファイバ増幅器の光
導波体部分５がその最大利得、すなわち自発的な放射を
有する波長と同じ波長の最大光吸収を有するという顕著
な特性を有する。知られているように、これは光導波体
部分が光導波体部分５と同じ型である場合である。しか
しながら、それが光導波体部分５とドーパントＥｒ3+は
別として異なるコアドーピングによって光導波体部分５
と異なる場合でも適用できることは知られている。例え
ば、この組成が光ファイバ増幅器における増幅光導波体
部分として使用する利点を有する場合、コアがゲルマニ
ウムだけでなくアルミニウムによってもドープされる光
導波体部分を光導波体部分５として使用することは可能
である。それにもかかわらず、コアがアルミニウムによ
ってはドープされない光導波体部分９が使用されること
が好ましい。またこのような光導波体は、最大の吸収の
波長にレーザの放射波長を調整するための基準光導波体
部分としてさらに適当であるように、さらに明確に同じ
波長（１５３６ｎｍ）で最大の吸収を有する。
【００２１】このように、光導波体部分９の選択のため
の唯一の重要なことは、その波長依存性吸収のためそれ
が光ファイバ増幅器３の増幅光導波体５に関して良好な
基準の光導波体として適当であることである。本発明の
原理は、放射波長の制御が基準光導波体部分における光
吸収の波長依存性に関して行われ、その最大値は増幅フ
ァイバ部分５が最大利得を有する同じ波長に存在するこ
とである。換言すると、この方法によってレーザ１の放
射波長は増幅光導波体部分５の最大利得の波長に調整さ
れ、基準光導波体９の吸収最大値の波長に調整される。
【００２２】図１に示されるように、基準光導波体部分
９は光ファイバカプラ12の出力と光検出器10光入力との
間に直接配置され、またそれらの間に延在する光導波体
にスプライス接続される。
【００２３】光ファイバ増幅器における光導波体部分と
同様に、光導波体を識別するように通常の光導波体より
も太い線で図面に示されている。
【００２４】それらは当然実際に太いわけではなく、そ
れらのコアが別々にドープされているだけである。
【００２５】光導波体部分の好ましい実施例は、レーザ
活性物質であるＥｒ3+によってドープされた光導波体で
ある。その代りに、光導波体部分は、ホスト材料として
この物質が３エネルギレベルシステムを形成することを
推定して異なるレーザ活性物質によってドープされる。
【００２６】レーザ制御回路11は、レーザによって放射
された光の非吸収成分に対応する電気信号を光検出器10
から受信する。既知の制御技術を使用して、レーザ制御
回路11は基準光導波体９中の光吸収が最大となるような
方法でレーザを制御する。
【００２７】半導体レーザ１の放射波長を制御するた
め、放射波長がレーザの温度の関数であるという事実か
ら利点が得られる。ペルティエ冷却器13と呼ばれる熱電
冷却装置13がレーザ１に設けられているため、温度は半
導体レーザによって通例のように熱電気的制御が可能で
ある。電気冷却電流は、半導体レーザ１の温度を決定す
る。この冷却電流は、放射波長が所望な波長に記載され
た方法で調整されるような方法でレーザ制御回路11によ
って本発明により制御される。
【００２８】半導体レーザあるいは半導体部品の制御可
能な熱電冷却器は、例えば米国特許第4,307,469 号明細
書あるいはドイツ特許第3,214,614 号明細書から本質的
に良く知られている。
【００２９】レーザ冷却器の冷却電流による代りに、レ
ーザの放射波長はレーザの平均動作電流を制御すること
によっても調整できる。温度による調整と平均動作電流
による調整の組合わせも可能である。
【００３０】レーザ制御回路がどのようにして好ましく
動作するかが図２を参照して説明される。図面は、１５
００ｎｍの波長領域におけるＥｒ3+でドープされた光導
波体波長に対して典型的であるような吸収の強い波長依
存性の概略的な表示である。上記論議のため、放射波長
は吸収曲線が最大値λL を有する点に理想的に存在すべ
きある。図２は放射波長が異なるλ0 である場合を考慮
し、そこではその吸収は非常に高い波長依存性であるの
で調整の必要性がある。
【００３１】レーザ制御回路11は、温度によってレーザ
１の放射波長を制御する出力制御信号によって、例えば
ただ１Ｈｚの変調周波数においてΔλの変動によって放
射波長を非常にゆっくりと変調する変調器を含む。λ0
を中心とする放射波長のこのような変調は、この変調周
波数の信号成分を含む光検出器の電気出力信号を生ず
る。その大きさは、変動Δλによる波長の変動の結果と
して光検出器10に受信された光の強度における波動ΔＩ
o に対応する。したがって、信号成分が大きくなれば、
吸収曲線が非常に急峻である領域において生ずる変調の
現在の波長λ0 も大きい。このように波長λ0 をシフト
するための制御信号を前述の信号成分から導出すること
は可能である。これは、変調の位相に関して信号成分の
位相感度整流によって行われる。またこれは、λ0 が変
えられなければならない方向をレーザ制御回路11によっ
て発生される制御信号の符号が示すことを決定する。
【００３２】現在の波長λ0 が図２の実施例に示される
ような領域にある場合、吸収は減少する。すなわち、波
長が変調中に増加される場合、受信された光の強度は増
加する。このようにこの位相関係が決定される場合、λ
0 は最適な波長λL に近付くように減少されなければな
らない。λ0 がλL より下である場合、これらの位相関
係が反転されるのでλ0 は増加されなければならない。
【００３３】光検出器の出力信号の変調周波数の成分を
基礎とするλL の方向へのλ0 のこのような調整は、こ
の成分が消失するまで行われる。これは、λ0 が変調の
結果として放射波長が最適な波長λ0 の上および下にな
るλL に近付くようにされる場合である。変調周波数の
信号成分の代りに、吸収が波長の１変調周期内で２回そ
の最大値を通過するので、２倍の変調周波数の信号成分
が光検出器の出力信号中に発生する。
【００３４】上記で説明されたように、光ファイバ増幅
器３の増幅曲線は同じ波長λL の最大値および吸収曲線
として同様の形状を有し、λL への放射波長の調整は２
つのことを達成する。光信号の最適光増幅は波長変動に
おける利得の最小の依存性によって伝送される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による伝送システムのブロック回路図。
【図２】波長が吸収の最大値に調整される方法を説明す
るＥｒ3+でドープされた光導波体部分における吸収の波
長依存性の推移の概略図。
【符号の説明】
１…半導体レーザ，３…光ファイバ増幅器，９…光導波
体部分，20…光送信機，λ0 …放射波長。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｓ 3/133 Ｈ０４Ｂ 10/16 10/04 8220−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｓ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光信号を発生する半導体レーザを具備し
    た光送信機および発生された光信号を光受信機に伝送す
    る光導波体路を具備し、光導波体路に少なくとも１つの
    光ファイバ増幅器が含まれており、その光ファイバ増幅
    器は増幅光導波体部分を備えている光通信システムにお
    いて、 光送信機が制御装置を含み、その制御装置は基準光導波
    体部分における光信号の吸収に依存して半導体レーザの
    放射波長を調整し、各光ファイバ増幅器はその増幅光導
    波体部分が放射スペクトルにおける最大値を有する波長
    で吸収スペクトルにおける最大値を有することを特徴と
    する光通信システム。
  2. 【請求項２】 基準光導波体部分中に半導体レーザによ
    って発生された光信号の一部分を結合する手段が設けら
    れ、 制御装置が基準光導波体部分を出る光信号を強度に対応
    する電気信号に変換する光検出器を含み、 制御装置が、基準光導波体部分中に結合された光信号が
    最大に吸収されるようにこの電気信号に基いて半導体レ
    ーザの放射波長を調整する制御回路を含むことを特徴と
    する請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 光送信機がレーザの温度を制御する手段
    を備え、制御装置がレーザの温度によってレーザの放射
    波長を調整することを特徴とする請求項２記載のシステ
    ム。
  4. 【請求項４】 制御装置がレーザの平均動作電流によっ
    て放射波長を調整することを特徴とする請求項３記載の
    システム。
  5. 【請求項５】 制御回路が非常に低い周波数でレーザの
    放射波長を変調し、基準光導波体部分における光信号の
    吸収が最大となるような方法で放射波長をシフトするこ
    のような制御信号をこの周波数で発生する光検出器の出
    力信号の変化から導出することを特徴とする請求項３あ
    るいは４記載のシステム。
  6. 【請求項６】 光受信機に発生された光信号を伝送する
    光導波体路を含んでいる光通信システム用の光信号を発
    生する半導体レーザを具備し、増幅光導波体部分を含ん
    でいる少なくとも１つの光ファイバ増幅器が前記光導波
    体路中に挿入される光送信機において、 光送信機が制御装置を含み、この制御装置は、基準光導
    波体部分における光信号の関数として半導体レーザの放
    射波長を調整し、その基準光導波体部分は各光ファイバ
    増幅器の増幅光導波体部分が放射スペクトルにおける最
    大値を有する波長において波長の吸収スペクトルにおけ
    る最大値を有することを特徴とする光送信機。
  7. 【請求項７】 基準光導波体部分中に半導体レーザによ
    って発生された光信号の一部分を結合する手段が設けら
    れ、 制御装置が基準光導波体部分を出る光信号をその強度に
    対応する電気信号に変換する光検出器を含み、 制御装置が、基準光導波体部分中に結合された光信号が
    最大に吸収されるようにこの電気信号に基いて半導体レ
    ーザの放射波長を調整する制御回路を含むことを特徴と
    する請求項６記載の光送信機。
  8. 【請求項８】 光送信機がレーザの温度を制御する手段
    を含み、制御装置がレーザの温度によってレーザの放射
    波長を調整することを特徴とする請求項７記載の光送信
    機。
  9. 【請求項９】 制御装置がレーザの平均動作電流によっ
    て放射波長を調整することを特徴とする請求項７記載の
    光送信機。
  10. 【請求項１０】 制御装置が非常に低い周波数でレーザ
    の放射波長を変調し、基準光導波体部分における光信号
    の吸収が最大となるように放射波長をシフトする制御信
    号をこの周波数で発生する光検出器の出力信号の変化か
    ら導出することを特徴とする請求項８あるいは９記載の
    光送信機。
JP5060556A 1992-03-19 1993-03-19 光ファイバ増幅器および送信機波長制御を使用する光通信システム Pending JPH0677565A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4208857.7 1992-03-19
DE4208857A DE4208857A1 (de) 1992-03-19 1992-03-19 Optisches nachrichtenuebertragungssystem mit faseroptischen verstaerkern und regelung der sender-wellenlaenge

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JPH0677565A true JPH0677565A (ja) 1994-03-18

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ID=6454480

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