JPH0728105A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- JPH0728105A JPH0728105A JP5174254A JP17425493A JPH0728105A JP H0728105 A JPH0728105 A JP H0728105A JP 5174254 A JP5174254 A JP 5174254A JP 17425493 A JP17425493 A JP 17425493A JP H0728105 A JPH0728105 A JP H0728105A
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
- G02B6/29391—Power equalisation of different channels, e.g. power flattening
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10007—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
- H01S3/10023—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by functional association of additional optical elements, e.g. filters, gratings, reflectors
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
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- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/293—Signal power control
- H04B10/294—Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation
- H04B10/2941—Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation using an equalising unit, e.g. a filter
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/06—Gain non-linearity, distortion; Compensation thereof
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】増幅率の波長依存性が少ない為に、光ＷＤＭ通
信、光アナログ通信において増幅率差や複合２次歪みに
よるＳＮの劣化が抑圧できる光増幅器を提供する。 【構成】入力ポート１０５から導入される入力光信号
は、増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１を通過する際に光
増幅される。増幅された光信号についてはＥｒ添加光フ
ァイバ吸収体１３１を通ることにより増幅率補正が行な
われる。Ｅｒ添加光ファイバ１３１の波長透過特性は制
御光源１３３から導入される制御光により任意に制御可
能である。増幅率補正は、ここで示したＥｒ添加光ファ
イバ吸収体の他にも、誘電体多層膜フィルタを用いても
可能である。また、増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１に
波長、出力を制御した制御光を導入しても同様な増幅率
補正が行える。
信、光アナログ通信において増幅率差や複合２次歪みに
よるＳＮの劣化が抑圧できる光増幅器を提供する。 【構成】入力ポート１０５から導入される入力光信号
は、増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１を通過する際に光
増幅される。増幅された光信号についてはＥｒ添加光フ
ァイバ吸収体１３１を通ることにより増幅率補正が行な
われる。Ｅｒ添加光ファイバ１３１の波長透過特性は制
御光源１３３から導入される制御光により任意に制御可
能である。増幅率補正は、ここで示したＥｒ添加光ファ
イバ吸収体の他にも、誘電体多層膜フィルタを用いても
可能である。また、増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１に
波長、出力を制御した制御光を導入しても同様な増幅率
補正が行える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は１．５ｍμ帯で動作する
光ファイバ増幅器に関する。
光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｅｒ添加光ファイバを用いた光増幅器
は、高い飽和出力・増幅率やその偏波無依存性により光
ブースタアンプや光中継器、光プリアンプなど多くの用
途に使用可能であり、光通信システムなどに対する自由
度が格段に広がった。Ｅｒ添加光ファイバを用いた光増
幅器の光通信システムに対する適用例としては、例え
ば、Ｋ．Ｈａｇｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｉｗａｔｓｕｋｉ，
Ａ．Ｔａｋａｄａ，Ｍ，Ｎａｋａｚａｗａ，Ｍ．Ｓａｒ
ｕｗａｔａｒｉ，Ｋ．Ａｉｄａ，Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ
ａｎｄ Ｍ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ：Ａ ２１２ｋｍ ｎ
ｏｎ−ｒｅｐｅａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｔ １．８Ｇｂ／ｓｕｓｉｎ
ｇ ＬＤ ｐｕｍｐｅｄ Ｅｒ3+−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂ
ｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｉｎ ａｎ ＩＭ／ｄｉ
ｒｅｃｔｉｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｐｅａｔｅｒ ｓ
ｙｓｔｅｍ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ＯＦＣ '８
９，ＰＤ−１５（Ｊａｎ．１９８９）や、島田：Ｅｒ添
加ファイバ光増幅器が光通信システムに与えるインパク
ト、ＯｐｌｕｓＥ，１１３，ｐ．７５（Ａｐｒｉｌ １
９８９）や、Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ，Ｓ．Ｎｉｓｈｉ，
Ｋ．Ａｉｄａ ａｎｄ Ｅ．Ｙｏｎｅｄａ：Ｔｒｕｎｋ
ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏ
ｐｅｄ ｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏ
ｌ．，９，Ｎｏ．２，ＰＰ．１９８−２０８（Ｆｅｂ．
１９９１）などに詳しい説明がある。
は、高い飽和出力・増幅率やその偏波無依存性により光
ブースタアンプや光中継器、光プリアンプなど多くの用
途に使用可能であり、光通信システムなどに対する自由
度が格段に広がった。Ｅｒ添加光ファイバを用いた光増
幅器の光通信システムに対する適用例としては、例え
ば、Ｋ．Ｈａｇｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｉｗａｔｓｕｋｉ，
Ａ．Ｔａｋａｄａ，Ｍ，Ｎａｋａｚａｗａ，Ｍ．Ｓａｒ
ｕｗａｔａｒｉ，Ｋ．Ａｉｄａ，Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ
ａｎｄ Ｍ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ：Ａ ２１２ｋｍ ｎ
ｏｎ−ｒｅｐｅａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｔ １．８Ｇｂ／ｓｕｓｉｎ
ｇ ＬＤ ｐｕｍｐｅｄ Ｅｒ3+−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂ
ｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｉｎ ａｎ ＩＭ／ｄｉ
ｒｅｃｔｉｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｐｅａｔｅｒ ｓ
ｙｓｔｅｍ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ＯＦＣ '８
９，ＰＤ−１５（Ｊａｎ．１９８９）や、島田：Ｅｒ添
加ファイバ光増幅器が光通信システムに与えるインパク
ト、ＯｐｌｕｓＥ，１１３，ｐ．７５（Ａｐｒｉｌ １
９８９）や、Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ，Ｓ．Ｎｉｓｈｉ，
Ｋ．Ａｉｄａ ａｎｄ Ｅ．Ｙｏｎｅｄａ：Ｔｒｕｎｋ
ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏ
ｐｅｄ ｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏ
ｌ．，９，Ｎｏ．２，ＰＰ．１９８−２０８（Ｆｅｂ．
１９９１）などに詳しい説明がある。
【０００３】しかしながら波長多重通信システムへの適
用を考えた場合には、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の増幅
率の信号光波長依存性により、相対的に増幅率の低い波
長の光信号の劣化が激しい。その解決方法としては、例
えば光増幅器の利得帯域特性に基づいて各波長帯の利得
に比例して各信号光の信号帯域を設定する方法として、
特開平０３−０８９６４４（９１．０４．１５）が提案
されている。また、波長多重光信号伝送方法やファイバ
型マッハツェンダゲイン補正器を用いる方法としては、
次の報告がなされている（Ｈ．Ｔｏｂａ，Ｋ．Ｎａｋａ
ｎｉｓｈｉ，Ｋ．Ｏｄａ．Ｋ．Ｉｎｏｕｅ ａｎｄ
Ｔ．Ｋｏｍｉｎａｔｏ；Ａ １００−Ｃｈａｎｎｅｌ
Ｏｐｔｉｃａｌ ＦＤＭ Ｓｉｘ−Ｓｔａｇｅ Ｉｎ−
ｌｉｎｅＡｍｐｌｉｆｉｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐ
ｌｏｙｉｎｇ ＴｕｎａｂｌｅＧａｉｎ Ｅｑｕａｌｉ
ｚｅｒｓ；ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈ．
Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ
１９９３）。
用を考えた場合には、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の増幅
率の信号光波長依存性により、相対的に増幅率の低い波
長の光信号の劣化が激しい。その解決方法としては、例
えば光増幅器の利得帯域特性に基づいて各波長帯の利得
に比例して各信号光の信号帯域を設定する方法として、
特開平０３−０８９６４４（９１．０４．１５）が提案
されている。また、波長多重光信号伝送方法やファイバ
型マッハツェンダゲイン補正器を用いる方法としては、
次の報告がなされている（Ｈ．Ｔｏｂａ，Ｋ．Ｎａｋａ
ｎｉｓｈｉ，Ｋ．Ｏｄａ．Ｋ．Ｉｎｏｕｅ ａｎｄ
Ｔ．Ｋｏｍｉｎａｔｏ；Ａ １００−Ｃｈａｎｎｅｌ
Ｏｐｔｉｃａｌ ＦＤＭ Ｓｉｘ−Ｓｔａｇｅ Ｉｎ−
ｌｉｎｅＡｍｐｌｉｆｉｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐ
ｌｏｙｉｎｇ ＴｕｎａｂｌｅＧａｉｎ Ｅｑｕａｌｉ
ｚｅｒｓ；ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈ．
Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ
１９９３）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
多段増幅を行なう場合において、累積するゲイン差を補
償することが困難であったり、増幅率等化器の製造コス
トが高くなったり、ファイバ型マッハツェンダゲイン等
化器を用いる場合にはファイバの温度制御により透過率
の波長特性を制御するために、制御の応答速度に問題が
あるなど、理想的な解決法はなかった。また、アナログ
光伝送においても、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の増幅率
の信号光波長依存性により、複合２次歪みが生じ、伝送
信号の劣化を引き起こすことが報告されている。この場
合には信号光の波長と若干同調波長をずらした光バンド
パスフィルタをもちいた増幅率補正が（菊島；ＥＤＦＡ
利得チルト及びファイバ分散によるＳＣＭ伝送系の品質
劣化とその改善、１９９２年電子情報通信学会、Ｂ−７
０５）において提案されているが、この方法では信号光
が多波の場合には適用できない。
多段増幅を行なう場合において、累積するゲイン差を補
償することが困難であったり、増幅率等化器の製造コス
トが高くなったり、ファイバ型マッハツェンダゲイン等
化器を用いる場合にはファイバの温度制御により透過率
の波長特性を制御するために、制御の応答速度に問題が
あるなど、理想的な解決法はなかった。また、アナログ
光伝送においても、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の増幅率
の信号光波長依存性により、複合２次歪みが生じ、伝送
信号の劣化を引き起こすことが報告されている。この場
合には信号光の波長と若干同調波長をずらした光バンド
パスフィルタをもちいた増幅率補正が（菊島；ＥＤＦＡ
利得チルト及びファイバ分散によるＳＣＭ伝送系の品質
劣化とその改善、１９９２年電子情報通信学会、Ｂ−７
０５）において提案されているが、この方法では信号光
が多波の場合には適用できない。
【０００５】従って、これらの問題点を解決するＥｒ添
加光ファイバ増幅器の増幅率補正技術が必要となってい
た。
加光ファイバ増幅器の増幅率補正技術が必要となってい
た。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明はＥｒ添加光ファイバを用いた光増幅器のもつ増幅
率の信号光波長依存性を、従来とはまったく発想の異な
る簡単な手法を用いて解消した光増幅器を提供するもの
である。その手段として一つには、Ｅｒ添加光ファイバ
を用いた光増幅部の、後段に設置した光フィルタによ
り、光増幅部の増幅率の信号光波長依存性を補正し、増
幅率の信号光波長依存性に優れた光増幅器を提供するも
のである。
発明はＥｒ添加光ファイバを用いた光増幅器のもつ増幅
率の信号光波長依存性を、従来とはまったく発想の異な
る簡単な手法を用いて解消した光増幅器を提供するもの
である。その手段として一つには、Ｅｒ添加光ファイバ
を用いた光増幅部の、後段に設置した光フィルタによ
り、光増幅部の増幅率の信号光波長依存性を補正し、増
幅率の信号光波長依存性に優れた光増幅器を提供するも
のである。
【０００７】前記光フィルタとしては、例えば長さ、濃
度、ファイバ組成、コア径、ＮＡ値の設定によって光増
幅器の信号光増幅率を犠牲にすることなく増幅率補正が
行なえるように設定されたＥｒ添加光ファイバ吸収体を
用いる。このＥｒ添加光ファイバ吸収体に吸収される波
長帯の制御光を結合することにより、その波長透過特性
を任意に設定することができる。Ｅｒ添加光ファイバ吸
収体の吸収率の波長依存性はファイバ組成によっても変
更可能である。また、長さ、濃度、コア径、ＮＡ値の設
定によって、吸収率を変更することができる。これらの
設定により光増幅部の増幅率の信号光波長依存性を任意
に補正することが可能になる。
度、ファイバ組成、コア径、ＮＡ値の設定によって光増
幅器の信号光増幅率を犠牲にすることなく増幅率補正が
行なえるように設定されたＥｒ添加光ファイバ吸収体を
用いる。このＥｒ添加光ファイバ吸収体に吸収される波
長帯の制御光を結合することにより、その波長透過特性
を任意に設定することができる。Ｅｒ添加光ファイバ吸
収体の吸収率の波長依存性はファイバ組成によっても変
更可能である。また、長さ、濃度、コア径、ＮＡ値の設
定によって、吸収率を変更することができる。これらの
設定により光増幅部の増幅率の信号光波長依存性を任意
に補正することが可能になる。
【０００８】また、光フィルタのもう一つの構成とし
て、透明な高屈折率、低屈折率の繰り返し多層膜を用い
る。さらに、それぞれ特性の異なる波長透過特性をもつ
繰り返し多層膜からなるフィルタを２個以上あわせ持つ
ことにより、より自由度の大きな光フィルタ波長透過特
性を得ることができる。また、この様な構成により、こ
れらの光フィルタをそれぞれ回動自在に配置し、信号光
の光フィルタに対する入射角を変化させることにより、
その波長透過特性を任意に変化させて、光増幅部の増幅
率の信号光波長依存性を任意に補正することが可能にな
る。
て、透明な高屈折率、低屈折率の繰り返し多層膜を用い
る。さらに、それぞれ特性の異なる波長透過特性をもつ
繰り返し多層膜からなるフィルタを２個以上あわせ持つ
ことにより、より自由度の大きな光フィルタ波長透過特
性を得ることができる。また、この様な構成により、こ
れらの光フィルタをそれぞれ回動自在に配置し、信号光
の光フィルタに対する入射角を変化させることにより、
その波長透過特性を任意に変化させて、光増幅部の増幅
率の信号光波長依存性を任意に補正することが可能にな
る。
【０００９】本発明の光増幅器において、信号光波長依
存性を解消するためのもう一つの構成は、Ｅｒ添加光フ
ァイバ増幅器において、光増幅部であるＥｒ添加光ファ
イバ自体に、Ｅｒ3+イオンに吸収される波長をもつ一波
以上の制御光を導入することである。該制御光の波長や
光強度を制御することにより、増幅率の信号光波長特性
を任意に制御可能にする機能を有することができる。
存性を解消するためのもう一つの構成は、Ｅｒ添加光フ
ァイバ増幅器において、光増幅部であるＥｒ添加光ファ
イバ自体に、Ｅｒ3+イオンに吸収される波長をもつ一波
以上の制御光を導入することである。該制御光の波長や
光強度を制御することにより、増幅率の信号光波長特性
を任意に制御可能にする機能を有することができる。
【００１０】さらに本発明の光増幅器において、以上に
示した増幅率補正手段を持った光増幅器の信号光増幅率
の信号光波長依存性を検出し、最良の増幅率補正を行な
うためには以下に示す方法を用いる。まず、増幅された
複数のチャンネルの信号光から任意の波長チャンネルを
取り出し、取り出された波長チャンネルの光強度レベル
をレベル検出手段をもちいて検出する。さらに、演算制
御部により波長チャンネルどうしの光強度レベル偏差を
演算し、波長チャンネル間レベル偏差が最小になるよう
に制御する。請求項２に示したようにＥｒ添加光ファイ
バ吸収体をもちいる場合には、制御手段として制御光の
光出力や制御光波長を変更して制御する。また、請求項
３に示したように誘電体の繰返し多層膜をもちいる場合
には、信号光の光フィルタに対する入射角を変化させて
制御をおこなう。請求項４に示したように光増幅部であ
るＥｒ添加光ファイバに、Ｅｒ3+イオンに吸収される波
長をもつ一波以上の制御光を導入する場合には、制御手
段としてそれぞれの制御光の光出力や制御光波長を変更
して制御する。これらの制御方法は従来のファイバ型マ
ッハツェンダゲイン等化器のように温度調整を用いてい
ないために、高速で安定な制御が簡単な構成で実現でき
る。
示した増幅率補正手段を持った光増幅器の信号光増幅率
の信号光波長依存性を検出し、最良の増幅率補正を行な
うためには以下に示す方法を用いる。まず、増幅された
複数のチャンネルの信号光から任意の波長チャンネルを
取り出し、取り出された波長チャンネルの光強度レベル
をレベル検出手段をもちいて検出する。さらに、演算制
御部により波長チャンネルどうしの光強度レベル偏差を
演算し、波長チャンネル間レベル偏差が最小になるよう
に制御する。請求項２に示したようにＥｒ添加光ファイ
バ吸収体をもちいる場合には、制御手段として制御光の
光出力や制御光波長を変更して制御する。また、請求項
３に示したように誘電体の繰返し多層膜をもちいる場合
には、信号光の光フィルタに対する入射角を変化させて
制御をおこなう。請求項４に示したように光増幅部であ
るＥｒ添加光ファイバに、Ｅｒ3+イオンに吸収される波
長をもつ一波以上の制御光を導入する場合には、制御手
段としてそれぞれの制御光の光出力や制御光波長を変更
して制御する。これらの制御方法は従来のファイバ型マ
ッハツェンダゲイン等化器のように温度調整を用いてい
ないために、高速で安定な制御が簡単な構成で実現でき
る。
【００１１】
【作用】請求項２に示した発明は、Ｅｒ添加光ファイバ
の吸収率が励起光のない場合において最も波長特性が著
しく、さらに吸収率の波長特性は励起状態におけるＥｒ
添加光ファイバの増幅特性と概ね相反する特性を有する
ことを見いだしたことによってなされた。以下に詳しく
説明する。Ｅｒ添加光ファイバにおける透過特性は、フ
ァイバ母材中におけるＥｒ3+イオンの上準位占有率と吸
収散乱断面積、誘導放出散乱断面積、ファイバ長によっ
て支配される。励起光が存在しない場合には、上準位占
有率は零に等しく、Ｅｒ添加光ファイバの吸収率は吸収
散乱断面積に一致する。また反対に励起光が充分に強い
場合には、上準位占有率は１に等しく、Ｅｒ添加光ファ
イバの透過（増幅）率は誘導放出散乱断面積に一致す
る。また、その中間の状態で上準位占有率は、光ファイ
バの各部分での励起光強度に依存して光ファイバの各部
分で異なり、光ファイバ全体での透過率は励起光強度に
よって自由に制御可能である。図１にＥｒ添加光ファイ
バのファイバ吸収率の信号光波長依存性を、いくつかの
制御光出力について示す。ここで、制御光波長は１．４
８μｍで、０ｍＷから１０ｍＷまで調整した。この例に
おいて、吸収体に用いたＥｒ添加ファイバはコア径８μ
ｍ、ファイバ長５ｍ、開口数が０．１５のものであり、
Ｅｒの添加量は１０００ｐｐｍである。また、吸収率の
波長依存性を調整するためにＡｌを１００００ｐｐｍ添
加したファイバを用いた。この図から明らかなように、
当該ファイバ吸収体のファイバ吸収率は、通常のＥｒ添
加光ファイバ増幅器において増幅率の大きな、１．５３
μｍ帯で最も大きな吸収を示す。そのために、当該ファ
イバ吸収体を光フィルタとして用いることにより、光増
幅部の増幅率の信号光波長依存性を補正することができ
る。また、制御光の出力や波長を制御して、ファイバ吸
収率を制御することにより、常に最良の増幅率の信号光
波長依存性の補正を実現できる。
の吸収率が励起光のない場合において最も波長特性が著
しく、さらに吸収率の波長特性は励起状態におけるＥｒ
添加光ファイバの増幅特性と概ね相反する特性を有する
ことを見いだしたことによってなされた。以下に詳しく
説明する。Ｅｒ添加光ファイバにおける透過特性は、フ
ァイバ母材中におけるＥｒ3+イオンの上準位占有率と吸
収散乱断面積、誘導放出散乱断面積、ファイバ長によっ
て支配される。励起光が存在しない場合には、上準位占
有率は零に等しく、Ｅｒ添加光ファイバの吸収率は吸収
散乱断面積に一致する。また反対に励起光が充分に強い
場合には、上準位占有率は１に等しく、Ｅｒ添加光ファ
イバの透過（増幅）率は誘導放出散乱断面積に一致す
る。また、その中間の状態で上準位占有率は、光ファイ
バの各部分での励起光強度に依存して光ファイバの各部
分で異なり、光ファイバ全体での透過率は励起光強度に
よって自由に制御可能である。図１にＥｒ添加光ファイ
バのファイバ吸収率の信号光波長依存性を、いくつかの
制御光出力について示す。ここで、制御光波長は１．４
８μｍで、０ｍＷから１０ｍＷまで調整した。この例に
おいて、吸収体に用いたＥｒ添加ファイバはコア径８μ
ｍ、ファイバ長５ｍ、開口数が０．１５のものであり、
Ｅｒの添加量は１０００ｐｐｍである。また、吸収率の
波長依存性を調整するためにＡｌを１００００ｐｐｍ添
加したファイバを用いた。この図から明らかなように、
当該ファイバ吸収体のファイバ吸収率は、通常のＥｒ添
加光ファイバ増幅器において増幅率の大きな、１．５３
μｍ帯で最も大きな吸収を示す。そのために、当該ファ
イバ吸収体を光フィルタとして用いることにより、光増
幅部の増幅率の信号光波長依存性を補正することができ
る。また、制御光の出力や波長を制御して、ファイバ吸
収率を制御することにより、常に最良の増幅率の信号光
波長依存性の補正を実現できる。
【００１２】請求項４に示した発明の動作原理は制御光
の導入によってゲイン飽和特性を、制御することであ
り、ゲインの飽和特性は信号光波長によって異なること
を利用する。以下に詳しく説明する。
の導入によってゲイン飽和特性を、制御することであ
り、ゲインの飽和特性は信号光波長によって異なること
を利用する。以下に詳しく説明する。
【００１３】Ｅｒ添加光ファイバ中での信号光の増幅は
３準位系動作によって行なわれる。増幅に関与する準位
図を図２に示す。この準位図において、励起光は基底準
位から励起準位へと励起され、フォノン過程を伴った非
常に速い緩和過程によって上準位に緩和する。一方、上
準位の基底準位への緩和時間は励起準位から上準位への
緩和時間に比べて非常に遅いため、励起光が存在する場
合には結果として反転分布状態が生じる。Ｅｒの場合、
上準位の緩和時間は典型的には数ｍｓｅｃから２０ｍｓ
ｅｃ程度である。上準位に励起されたＥｒイオンに信号
光フォトンが衝突する場合、信号光フォトンが誘導放出
散乱を引き起こす確率は、上準位の占有率と信号光フォ
トンのもつエネルギに対応した誘導放出散乱断面積の積
で決まる。また、基底状態にあるＥｒイオンに信号光フ
ォトンが衝突する場合、同じく信号光フォトンが誘導吸
収散乱を引き起こす確率は、基底準位の占有率と信号光
フォトンのもつエネルギに対応した誘導吸収散乱断面積
の積で決まる。
３準位系動作によって行なわれる。増幅に関与する準位
図を図２に示す。この準位図において、励起光は基底準
位から励起準位へと励起され、フォノン過程を伴った非
常に速い緩和過程によって上準位に緩和する。一方、上
準位の基底準位への緩和時間は励起準位から上準位への
緩和時間に比べて非常に遅いため、励起光が存在する場
合には結果として反転分布状態が生じる。Ｅｒの場合、
上準位の緩和時間は典型的には数ｍｓｅｃから２０ｍｓ
ｅｃ程度である。上準位に励起されたＥｒイオンに信号
光フォトンが衝突する場合、信号光フォトンが誘導放出
散乱を引き起こす確率は、上準位の占有率と信号光フォ
トンのもつエネルギに対応した誘導放出散乱断面積の積
で決まる。また、基底状態にあるＥｒイオンに信号光フ
ォトンが衝突する場合、同じく信号光フォトンが誘導吸
収散乱を引き起こす確率は、基底準位の占有率と信号光
フォトンのもつエネルギに対応した誘導吸収散乱断面積
の積で決まる。
【００１４】誘導放出散乱によって上準位に励起された
Ｅｒイオンは基底準位に遷移し、誘導吸収散乱によって
は基底準位から上準位に遷移する。したがって、信号光
が充分に強い場合には、信号光の誘導放出散乱により上
準位の占有率が消費され、それ以上の増幅はもはや起こ
らなくなる。これがゲインの飽和である。ゲインの飽和
領域では信号光による誘導放出散乱と誘導吸収散乱が競
合的に発生し、結果として増幅率の波長依存性が変化す
る。特にＥｒイオンの場合には、誘導放出散乱断面積と
誘導吸収散乱断面積の波長依存性は概ね相反する特性を
持つために、誘導放出散乱断面積が大きい波長域で誘導
吸収散乱断面積もまた大きい。よって結果的に、ゲイン
の飽和領域では増幅率の波長依存性は平坦化される。本
発明による光増幅器においては、制御光の出力を制御す
ることによりゲインの飽和を引き起こし、波長依存性の
制御を行うものである。
Ｅｒイオンは基底準位に遷移し、誘導吸収散乱によって
は基底準位から上準位に遷移する。したがって、信号光
が充分に強い場合には、信号光の誘導放出散乱により上
準位の占有率が消費され、それ以上の増幅はもはや起こ
らなくなる。これがゲインの飽和である。ゲインの飽和
領域では信号光による誘導放出散乱と誘導吸収散乱が競
合的に発生し、結果として増幅率の波長依存性が変化す
る。特にＥｒイオンの場合には、誘導放出散乱断面積と
誘導吸収散乱断面積の波長依存性は概ね相反する特性を
持つために、誘導放出散乱断面積が大きい波長域で誘導
吸収散乱断面積もまた大きい。よって結果的に、ゲイン
の飽和領域では増幅率の波長依存性は平坦化される。本
発明による光増幅器においては、制御光の出力を制御す
ることによりゲインの飽和を引き起こし、波長依存性の
制御を行うものである。
【００１５】本光増幅器と類似の光増幅器として従来よ
り、ゲイン飽和特性を用いてゲイン補正を行なう方法が
提案されている。この方法は信号光の出力をあげて増幅
による上準位占有率の低下を引き起こすことにより、実
質的に増幅率の補正を行なうものである。この方式につ
いては例えば“多チャンネル伝送における光ファイバ増
幅器の利得特性 ＯＣＳ９１−３５”に詳しい。しかし
ながらこの場合の問題点として、増幅率が信号光強度に
よって変化する現象がおこる。本発明を用いることでこ
の問題点が解決される。
り、ゲイン飽和特性を用いてゲイン補正を行なう方法が
提案されている。この方法は信号光の出力をあげて増幅
による上準位占有率の低下を引き起こすことにより、実
質的に増幅率の補正を行なうものである。この方式につ
いては例えば“多チャンネル伝送における光ファイバ増
幅器の利得特性 ＯＣＳ９１−３５”に詳しい。しかし
ながらこの場合の問題点として、増幅率が信号光強度に
よって変化する現象がおこる。本発明を用いることでこ
の問題点が解決される。
【００１６】また、ＷＤＭ伝送の場合、相互変調の問題
を解決することが必要になる。本発明における光増幅器
の様に、信号光とは独立に制御できる制御光を導入する
場合には、増幅率が信号光強度によって変化する現象
は、制御光の出力を信号光出力に比して充分大きくして
おけば効果的に抑圧できる。また、ＷＤＭ伝送の場合の
相互変調の問題も同様に制御光の出力の設定で効果的な
抑圧が可能である。
を解決することが必要になる。本発明における光増幅器
の様に、信号光とは独立に制御できる制御光を導入する
場合には、増幅率が信号光強度によって変化する現象
は、制御光の出力を信号光出力に比して充分大きくして
おけば効果的に抑圧できる。また、ＷＤＭ伝送の場合の
相互変調の問題も同様に制御光の出力の設定で効果的な
抑圧が可能である。
【００１７】請求項３に示した発明は、透明な高屈折
率、低屈折率の繰り返し多層膜が、各層の光学厚みと層
数を調整することで任意の透過特性を持たせ得ることを
見いだしたことによってなされた。さらにこの繰返し多
層膜からなるフィルタを２個以上用い、各フィルタの間
隔を光のコヒーレント長以上に設定することで、各フィ
ルタの波長透過特性を独立に制御することができる。さ
らにこの光フィルタを回動自在に配置した入射角を変化
させてその透過特性を変化させることにより、任意の波
長透過特性を実現でき、増幅率の波長依存性を最小にす
ることが可能である。
率、低屈折率の繰り返し多層膜が、各層の光学厚みと層
数を調整することで任意の透過特性を持たせ得ることを
見いだしたことによってなされた。さらにこの繰返し多
層膜からなるフィルタを２個以上用い、各フィルタの間
隔を光のコヒーレント長以上に設定することで、各フィ
ルタの波長透過特性を独立に制御することができる。さ
らにこの光フィルタを回動自在に配置した入射角を変化
させてその透過特性を変化させることにより、任意の波
長透過特性を実現でき、増幅率の波長依存性を最小にす
ることが可能である。
【００１８】請求項５に示した発明について、増幅率の
波長依存性を検出する手段としては、例えば以下に示す
ような方法が用いられる。増幅された複数の信号光から
任意の波長チャンネルを取り出し、取り出された信号光
のレベルを検出器により検出手段し、各波長チャンネル
のレベル強度を電気信号に変換する。任意の波長チャン
ネルを取り出す手段として具体的には、透過波長可変な
狭帯域光フィルタを用いて各波長チャンネルを取り出し
た後に光電変換素子をもちいて電気信号に交換する方法
や、信号光を波長チャンネル数に分配した後に、分配さ
れた各光信号から狭帯域光フィルタを用いて各チャンネ
ルを取り出して、光電変換を行なう等の方法が考えられ
る。ここで得られた電気信号から信号光どうしのレベル
偏差を演算する。ここで請求項２及び４の場合には、制
御光の出力を変えることにより信号光どうしのレベル偏
差を変化させる。請求項２の場合には、光フィルタを一
方向に回転させることにより、信号光どうしのレベル偏
差を変化させる。その結果レベル偏差が減少する場合に
は制御光の出力もしくは光フィルタの回転位置を同じ方
向に変化させる。またレベル偏差が増大する場合には制
御光の出力もしくは光フィルタの回転位置を反対方向に
変化させる。本制御方式によれば、例えば請求項２の場
合に光フィルタを２段以上用いた場合のように、制御パ
ラメータが複数ある場合にも、ほとんど同様な制御方法
で安定な増幅率補正が可能である。
波長依存性を検出する手段としては、例えば以下に示す
ような方法が用いられる。増幅された複数の信号光から
任意の波長チャンネルを取り出し、取り出された信号光
のレベルを検出器により検出手段し、各波長チャンネル
のレベル強度を電気信号に変換する。任意の波長チャン
ネルを取り出す手段として具体的には、透過波長可変な
狭帯域光フィルタを用いて各波長チャンネルを取り出し
た後に光電変換素子をもちいて電気信号に交換する方法
や、信号光を波長チャンネル数に分配した後に、分配さ
れた各光信号から狭帯域光フィルタを用いて各チャンネ
ルを取り出して、光電変換を行なう等の方法が考えられ
る。ここで得られた電気信号から信号光どうしのレベル
偏差を演算する。ここで請求項２及び４の場合には、制
御光の出力を変えることにより信号光どうしのレベル偏
差を変化させる。請求項２の場合には、光フィルタを一
方向に回転させることにより、信号光どうしのレベル偏
差を変化させる。その結果レベル偏差が減少する場合に
は制御光の出力もしくは光フィルタの回転位置を同じ方
向に変化させる。またレベル偏差が増大する場合には制
御光の出力もしくは光フィルタの回転位置を反対方向に
変化させる。本制御方式によれば、例えば請求項２の場
合に光フィルタを２段以上用いた場合のように、制御パ
ラメータが複数ある場合にも、ほとんど同様な制御方法
で安定な増幅率補正が可能である。
【００１９】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。
る。
【００２０】図３は、請求項２に示した様に、Ｅｒ添加
光ファイバ吸収体とこのＥｒ光ファイバ吸収体にＥｒ3+
に吸収される波長帯の制御光を結合することにより、そ
の波長透過特性を任意に設定することによって光増幅率
の波長特性を改善する場合の光増幅器の構成例である。
光ファイバ吸収体とこのＥｒ光ファイバ吸収体にＥｒ3+
に吸収される波長帯の制御光を結合することにより、そ
の波長透過特性を任意に設定することによって光増幅率
の波長特性を改善する場合の光増幅器の構成例である。
【００２１】光増幅器１０１は、光増幅部１０２と増幅
率補正部１０３とからなる。また光増幅部１０２は増幅
用のＥｒ添加光ファイバ２１とＷＤＭカプラ２２と、励
起用光源２３とからなる。増幅率補正部１０３はＥｒ添
加光ファイバ吸収体１３１とＷＤＭカプラ１３２と制御
光源１３３とからなる。光増幅器には発振やノイズの増
加を抑えるために光アイソレータ４を適宜用いることが
有効である。
率補正部１０３とからなる。また光増幅部１０２は増幅
用のＥｒ添加光ファイバ２１とＷＤＭカプラ２２と、励
起用光源２３とからなる。増幅率補正部１０３はＥｒ添
加光ファイバ吸収体１３１とＷＤＭカプラ１３２と制御
光源１３３とからなる。光増幅器には発振やノイズの増
加を抑えるために光アイソレータ４を適宜用いることが
有効である。
【００２２】入力ポート１０５から導入される入力光信
号は、光アイソレータ４を通り、増幅用のＥｒ添加光フ
ァイバ２１を通過する際に光増幅が行なわれる。増幅用
の励起光は励起光源２３からＷＤＭカプラ２２を通して
増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１に導入される。励起光
源２３には主に０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯のＬＤ
が用いられる。光増幅部１０２により増幅された光信号
の増幅率波長依存性の一例を図４に示す。図４から明ら
かなように増幅率補正を行なわない場合、増幅率の波長
依存性は良好ではなく、ＷＤＭ伝送の場合相対的に増幅
率の低い波長の光信号の劣化が激しい。また光アナログ
通信システムの場合にも増幅率の波長依存性により、信
号が歪む。
号は、光アイソレータ４を通り、増幅用のＥｒ添加光フ
ァイバ２１を通過する際に光増幅が行なわれる。増幅用
の励起光は励起光源２３からＷＤＭカプラ２２を通して
増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１に導入される。励起光
源２３には主に０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯のＬＤ
が用いられる。光増幅部１０２により増幅された光信号
の増幅率波長依存性の一例を図４に示す。図４から明ら
かなように増幅率補正を行なわない場合、増幅率の波長
依存性は良好ではなく、ＷＤＭ伝送の場合相対的に増幅
率の低い波長の光信号の劣化が激しい。また光アナログ
通信システムの場合にも増幅率の波長依存性により、信
号が歪む。
【００２３】増幅された光信号はＥｒ添加光ファイバ吸
収体１３１を通ることにより増幅率補正が行なわれる。
Ｅｒ添加光ファイバ吸収体には、Ｅｒ添加量６００ｐｐ
ｍ、コア径３μｍ、ファイバ長５ｍの光ファイバを用い
た。Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１の波長透過特性は
制御光源１３３から導入される制御光（波長０．９８μ
ｍ）により任意に制御可能である。制御光はＷＤＭカプ
ラ１３２を用いてＥｒ添加光ファイバ吸収体１３１に導
入される。Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１の波長透過
特性を図１に示す。図１から明らかなように波長透過特
性は図４の増幅率波長依存性と相補的な関係にあり、さ
らにその波長透過特性は制御光強度により制御可能であ
る。図５にＥｒ添加光ファイバ吸収体を透過した信号光
の増幅率の波長依存性を示す。１．５３５μｍから１．
５６μｍの波長帯で１０ｄＢあった増幅率の偏差が、Ｅ
ｒ添加光ファイバ吸収体を導入することにより２ｄＢ程
度まで抑圧されていることがわかる。さらに１．５４μ
ｍから１．５５５μｍまでの増幅率の傾きが、Ｅｒ添加
光ファイバ吸収体により補正されることが判明した。
収体１３１を通ることにより増幅率補正が行なわれる。
Ｅｒ添加光ファイバ吸収体には、Ｅｒ添加量６００ｐｐ
ｍ、コア径３μｍ、ファイバ長５ｍの光ファイバを用い
た。Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１の波長透過特性は
制御光源１３３から導入される制御光（波長０．９８μ
ｍ）により任意に制御可能である。制御光はＷＤＭカプ
ラ１３２を用いてＥｒ添加光ファイバ吸収体１３１に導
入される。Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１の波長透過
特性を図１に示す。図１から明らかなように波長透過特
性は図４の増幅率波長依存性と相補的な関係にあり、さ
らにその波長透過特性は制御光強度により制御可能であ
る。図５にＥｒ添加光ファイバ吸収体を透過した信号光
の増幅率の波長依存性を示す。１．５３５μｍから１．
５６μｍの波長帯で１０ｄＢあった増幅率の偏差が、Ｅ
ｒ添加光ファイバ吸収体を導入することにより２ｄＢ程
度まで抑圧されていることがわかる。さらに１．５４μ
ｍから１．５５５μｍまでの増幅率の傾きが、Ｅｒ添加
光ファイバ吸収体により補正されることが判明した。
【００２４】制御光の波長は０．９８μｍに限らずＥｒ
イオンに吸収される波長であればどこでもよい。図６は
制御光波長が１．４８μｍの場合のＥｒ添加光ファイバ
吸収体のファイバ吸収率を示した図である。この例にお
いてファイバのコア径は８μｍであり、ファイバ長は５
ｍ、Ｅｒは１０００ｐｐｍ添加したものであり、ファイ
バ吸収特性を調整するためにコア部にはＡｌを１０００
０ｐｐｍ添加した。さらに図７にここに示したファイバ
吸収体を用いた増幅率波長特性の補正例を示しす。図７
に示したように、増幅率補正を行なわない場合に１０ｄ
Ｂ近くあった増幅率の波長依存性が、１．４８μｍの制
御光を用いたこの例においても１．５３μｍから１．５
６μｍの範囲で最小３ｄＢ程度の波長依存性にまで抑圧
されている。この例から理解されるように、本増幅器に
おける制御光の波長はＥｒイオンに吸収される波長であ
ればいずれでもよく、光源の入手のしやすさや、所要の
波長透過特性を考慮して選択すればよい。
イオンに吸収される波長であればどこでもよい。図６は
制御光波長が１．４８μｍの場合のＥｒ添加光ファイバ
吸収体のファイバ吸収率を示した図である。この例にお
いてファイバのコア径は８μｍであり、ファイバ長は５
ｍ、Ｅｒは１０００ｐｐｍ添加したものであり、ファイ
バ吸収特性を調整するためにコア部にはＡｌを１０００
０ｐｐｍ添加した。さらに図７にここに示したファイバ
吸収体を用いた増幅率波長特性の補正例を示しす。図７
に示したように、増幅率補正を行なわない場合に１０ｄ
Ｂ近くあった増幅率の波長依存性が、１．４８μｍの制
御光を用いたこの例においても１．５３μｍから１．５
６μｍの範囲で最小３ｄＢ程度の波長依存性にまで抑圧
されている。この例から理解されるように、本増幅器に
おける制御光の波長はＥｒイオンに吸収される波長であ
ればいずれでもよく、光源の入手のしやすさや、所要の
波長透過特性を考慮して選択すればよい。
【００２５】以上の例ではファイバ吸収体の制御光は光
信号の入射側と反対方向から導入したが、これに限るわ
けではなく、光信号と同方向に入射することや双方向か
ら入射することでも同様な機能を構成することが可能で
ある。図８はファイバ吸収体における制御光を光信号と
同方向から導入した場合の、ファイバ吸収体のファイバ
吸収率を示した図である。また、図９はこのファイバ吸
収体を用いて増幅率補正を行なった例である。この例で
用いた光ファイバ吸収体はＥｒドープ量５００ｐｐｍ、
コア径が５μｍであり、３ｍのファイバを用いた。制御
光波長は０．９８μｍであった。図から明らかなよう
に、このような構成の光増幅器を用いても、有効な増幅
率補正が可能である。
信号の入射側と反対方向から導入したが、これに限るわ
けではなく、光信号と同方向に入射することや双方向か
ら入射することでも同様な機能を構成することが可能で
ある。図８はファイバ吸収体における制御光を光信号と
同方向から導入した場合の、ファイバ吸収体のファイバ
吸収率を示した図である。また、図９はこのファイバ吸
収体を用いて増幅率補正を行なった例である。この例で
用いた光ファイバ吸収体はＥｒドープ量５００ｐｐｍ、
コア径が５μｍであり、３ｍのファイバを用いた。制御
光波長は０．９８μｍであった。図から明らかなよう
に、このような構成の光増幅器を用いても、有効な増幅
率補正が可能である。
【００２６】図１０は、請求項４に示した様に、Ｅｒ添
加光ファイバに、励起光の他にＥｒ3+イオンに吸収され
る波長の制御光を導入し、制御光の波長や光強度を制御
することにより、増幅率の波長特性を任意に制御する場
合の光増幅器の構成例である。
加光ファイバに、励起光の他にＥｒ3+イオンに吸収され
る波長の制御光を導入し、制御光の波長や光強度を制御
することにより、増幅率の波長特性を任意に制御する場
合の光増幅器の構成例である。
【００２７】光増幅器２０１は光増幅部２０２と励起光
源２３と制御光源２３１とからなる。励起光及び制御光
はそれぞれＷＤＭカプラ２２，２３２を用いてＥｒ添加
光ファイバ２２１に導入される。光増幅器には発振やノ
イズの増加を抑えるために光アイソレータ４を適宜用い
ることが有効である。
源２３と制御光源２３１とからなる。励起光及び制御光
はそれぞれＷＤＭカプラ２２，２３２を用いてＥｒ添加
光ファイバ２２１に導入される。光増幅器には発振やノ
イズの増加を抑えるために光アイソレータ４を適宜用い
ることが有効である。
【００２８】入力ポート２０５から導入される入力光信
号は、光アイソレータ４を通り、増幅用のＥｒ添加光フ
ァイバ２１を通過する際に光増幅が行なわれる。増幅用
の励起光は励起光源２３からＷＤＭカプラ２２を通して
増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１に導入される。励起光
源２３には０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯のＬＤが用
いられる。
号は、光アイソレータ４を通り、増幅用のＥｒ添加光フ
ァイバ２１を通過する際に光増幅が行なわれる。増幅用
の励起光は励起光源２３からＷＤＭカプラ２２を通して
増幅用のＥｒ添加光ファイバ２１に導入される。励起光
源２３には０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯のＬＤが用
いられる。
【００２９】この増幅率の波長依存性を改善するために
制御光源２３１から制御光を導入する。制御光はＷＤＭ
カプラ２３２を介してＥｒ添加光ファイバ２１に導かれ
る。Ｅｒ添加光ファイバ２１の波長増幅特性は制御光の
出力及び波長により任意に制御可能である。制御光を導
入した場合の波長増幅特性の一例を図１１に示す。この
例においては信号光の出力は−４０ｄＢｍであり、制御
光の波長は１．５４μｍでその出力を０ｍＷから０．２
ｍＷの範囲で変化させている。制御光の波長やその出力
は信号光の多重数やそれぞれの波長、出力に対応して、
帯域内でフラットな特性が得られるように制御する。図
１１から明らかなように制御光を用いない場合には良好
でなかった波長増幅特性が制御光を導入し、その出力、
波長を制御することでＥｒ3+の広い増幅帯域全体におい
てフラットな増幅特性を得ることができる。
制御光源２３１から制御光を導入する。制御光はＷＤＭ
カプラ２３２を介してＥｒ添加光ファイバ２１に導かれ
る。Ｅｒ添加光ファイバ２１の波長増幅特性は制御光の
出力及び波長により任意に制御可能である。制御光を導
入した場合の波長増幅特性の一例を図１１に示す。この
例においては信号光の出力は−４０ｄＢｍであり、制御
光の波長は１．５４μｍでその出力を０ｍＷから０．２
ｍＷの範囲で変化させている。制御光の波長やその出力
は信号光の多重数やそれぞれの波長、出力に対応して、
帯域内でフラットな特性が得られるように制御する。図
１１から明らかなように制御光を用いない場合には良好
でなかった波長増幅特性が制御光を導入し、その出力、
波長を制御することでＥｒ3+の広い増幅帯域全体におい
てフラットな増幅特性を得ることができる。
【００３０】この例では、制御光と励起光はいずれも信
号光の導入方向と反対から導入したが、それぞれの光の
導入方向はこの例に限らず、双方向から導入可能であ
る。図１２は制御光及び励起光の導入方向が信号光と同
じ場合の増幅率の波長依存性を示した例である。この例
においては信号光の出力は−４０ｄＢｍであり、制御光
の波長は１．５５μｍでその出力を０ｍＷから１ｍＷの
範囲で変化させている。また、図１３は励起光として
０．９８μｍの光を３０ｍＷ、信号光と反対方向に導入
し、制御光として１．５３μｍの光を信号光と同方向に
導入した例を示す。これらの図から理解されるように、
各光の導入方向を変更した場合にも、増幅率の補正を行
なうことが可能である。したがって、各光の導入方向は
所要の増幅率の波長特性に従って、最も望ましい方式を
選択することができる。また、制御光の波長もＥｒイオ
ンに吸収される波長であれば、いずれでもよく、具体的
には１．４６μｍから１．５７μｍの間のいずれの波長
でもよい。
号光の導入方向と反対から導入したが、それぞれの光の
導入方向はこの例に限らず、双方向から導入可能であ
る。図１２は制御光及び励起光の導入方向が信号光と同
じ場合の増幅率の波長依存性を示した例である。この例
においては信号光の出力は−４０ｄＢｍであり、制御光
の波長は１．５５μｍでその出力を０ｍＷから１ｍＷの
範囲で変化させている。また、図１３は励起光として
０．９８μｍの光を３０ｍＷ、信号光と反対方向に導入
し、制御光として１．５３μｍの光を信号光と同方向に
導入した例を示す。これらの図から理解されるように、
各光の導入方向を変更した場合にも、増幅率の補正を行
なうことが可能である。したがって、各光の導入方向は
所要の増幅率の波長特性に従って、最も望ましい方式を
選択することができる。また、制御光の波長もＥｒイオ
ンに吸収される波長であれば、いずれでもよく、具体的
には１．４６μｍから１．５７μｍの間のいずれの波長
でもよい。
【００３１】以下に請求項３及び５を用いた場合の実施
例を示す。
例を示す。
【００３２】図１４は、Ｅｒ添加光増幅器の後段に、Ｅ
ｒ添加光ファイバ光増幅器の増幅率の波長依存性を補正
するような透過特性をもつ光フィルタを設ける場合の光
増幅器の構成例である。さらに、この例においては増幅
率の波長依存性を監視する機能と、光フィルタの透過特
性を自在に変更する機能をあわせ持つ光増幅器を構成し
た。
ｒ添加光ファイバ光増幅器の増幅率の波長依存性を補正
するような透過特性をもつ光フィルタを設ける場合の光
増幅器の構成例である。さらに、この例においては増幅
率の波長依存性を監視する機能と、光フィルタの透過特
性を自在に変更する機能をあわせ持つ光増幅器を構成し
た。
【００３３】光増幅器３０１は光増幅部３０２、ゲイン
補正部３０３とゲイン監視部３０４とからなる。光増幅
部３０２において増幅された信号光はゲイン補正部３０
３においてゲイン補正がなされる。またゲイン補正部３
０３において２つの光学フィルタ３３１は回転装置を用
いて自由に回転可能である。この例において、光フィル
タは高屈折率層として２酸化チタン、低屈折率層として
フッ化マグネシウムから成る誘電体多層膜を用いた。こ
のように構成された光フィルタの透過特性は、各フィル
タを回転させることにより任意に設定可能である。
補正部３０３とゲイン監視部３０４とからなる。光増幅
部３０２において増幅された信号光はゲイン補正部３０
３においてゲイン補正がなされる。またゲイン補正部３
０３において２つの光学フィルタ３３１は回転装置を用
いて自由に回転可能である。この例において、光フィル
タは高屈折率層として２酸化チタン、低屈折率層として
フッ化マグネシウムから成る誘電体多層膜を用いた。こ
のように構成された光フィルタの透過特性は、各フィル
タを回転させることにより任意に設定可能である。
【００３４】入力ポート３０５から導入される入力光信
号は、光アイソレータ４を通り、増幅用のＥｒ添加光フ
ァイバ２１を通過する際に光増幅が行なわれる。増幅用
の励起光は励起光源２３からＷＤＭカプラ２２を通して
Ｅｒ添加光ファイバ２１に導入される。励起光源３０６
には主に０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯のＬＤが用い
られる。
号は、光アイソレータ４を通り、増幅用のＥｒ添加光フ
ァイバ２１を通過する際に光増幅が行なわれる。増幅用
の励起光は励起光源２３からＷＤＭカプラ２２を通して
Ｅｒ添加光ファイバ２１に導入される。励起光源３０６
には主に０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯のＬＤが用い
られる。
【００３５】この増幅率の波長依存性を改善するために
ゲイン補正部３０３を付加する。ゲイン補正部３０３は
光学フィルタ３３１と回転装置３３２と光学フィルタ３
３１に光を導入するための光学系とからなる。光学フィ
ルタ３３１は回転装置３３２によって回転され、その結
果透過中心波長を自由に設定することができる。
ゲイン補正部３０３を付加する。ゲイン補正部３０３は
光学フィルタ３３１と回転装置３３２と光学フィルタ３
３１に光を導入するための光学系とからなる。光学フィ
ルタ３３１は回転装置３３２によって回転され、その結
果透過中心波長を自由に設定することができる。
【００３６】図１５は本光増幅器におけるフィルタの波
長透過特性の一例である。このフィルタは中心波長を
１．５７μｍとして、高屈折率、低屈折率のλ／４膜を
それぞれＨ，Ｌとおけば、空気−（ＨＬ）3 Ｈ（２Ｌ）
Ｈ（ＬＨ）3 と表される構造をもつ帯域透過光フィルタ
である。このフィルタを用いて増幅率補正を行なった場
合には、図１６に示すような増幅率の波長依存性をもつ
光増幅器が構成できる。また、１．５３μｍ帯の過剰な
増幅率を効果的に抑制するために、１．５２μｍ付近に
境界をもつエッジフィルタを組み合わせた場合には図１
７に示すような波長透過特性をもつ組み合わせフィルタ
を構成できる。このフィルタを用いて増幅率補正を行っ
た場合には図１８に示したような、より波長特性の平坦
性に優れた光増幅器を構成することができる。これらの
フィルタにおいては、フィルタを回転することにより、
透過中心波長を１ｎｍ／ｄｅｇ．程度移動することがで
き、その結果常に所望の増幅率波長特性を得ることがで
きる。
長透過特性の一例である。このフィルタは中心波長を
１．５７μｍとして、高屈折率、低屈折率のλ／４膜を
それぞれＨ，Ｌとおけば、空気−（ＨＬ）3 Ｈ（２Ｌ）
Ｈ（ＬＨ）3 と表される構造をもつ帯域透過光フィルタ
である。このフィルタを用いて増幅率補正を行なった場
合には、図１６に示すような増幅率の波長依存性をもつ
光増幅器が構成できる。また、１．５３μｍ帯の過剰な
増幅率を効果的に抑制するために、１．５２μｍ付近に
境界をもつエッジフィルタを組み合わせた場合には図１
７に示すような波長透過特性をもつ組み合わせフィルタ
を構成できる。このフィルタを用いて増幅率補正を行っ
た場合には図１８に示したような、より波長特性の平坦
性に優れた光増幅器を構成することができる。これらの
フィルタにおいては、フィルタを回転することにより、
透過中心波長を１ｎｍ／ｄｅｇ．程度移動することがで
き、その結果常に所望の増幅率波長特性を得ることがで
きる。
【００３７】最適な光学フィルタ３３１の回転角度を決
定する手段としては、請求項５に示したように、以下に
示すような方法が用いられる。光学フィルタ３３１を通
過した各信号光チャンネルは、光分岐部３４１によって
その一部が切り出され、さらに波長可変フィルタ３４２
によって各信号ごとに切り出される。波長可変フィルタ
３４２の透過波長を周期的に変動させることで、全チャ
ンネルの増幅特性を監視することができる。得られた各
チャンネルの信号光は、受光器３４３によって電気信号
に変換される。得られた電気信号からゲイン監視部３０
４によって、信号光どうしのレベル偏差を演算する。レ
ベル偏差は、例えば受光器３４３によって得られた信号
電圧の標準偏差として定義できる。ここで、光学フィル
タ３３１の回転角度をある方向に変えることにより信号
光どうしのレベル偏差を変化させる。その結果レベル偏
差が減少する場合には光学フィルタを同じ方向に回転さ
せる。またレベル偏差が増大する場合には光学フィルタ
を反対方向に回転させる。この過程を繰り返すことによ
り、任意の数の光フィルタの最適回転角度を決定するこ
とができる。
定する手段としては、請求項５に示したように、以下に
示すような方法が用いられる。光学フィルタ３３１を通
過した各信号光チャンネルは、光分岐部３４１によって
その一部が切り出され、さらに波長可変フィルタ３４２
によって各信号ごとに切り出される。波長可変フィルタ
３４２の透過波長を周期的に変動させることで、全チャ
ンネルの増幅特性を監視することができる。得られた各
チャンネルの信号光は、受光器３４３によって電気信号
に変換される。得られた電気信号からゲイン監視部３０
４によって、信号光どうしのレベル偏差を演算する。レ
ベル偏差は、例えば受光器３４３によって得られた信号
電圧の標準偏差として定義できる。ここで、光学フィル
タ３３１の回転角度をある方向に変えることにより信号
光どうしのレベル偏差を変化させる。その結果レベル偏
差が減少する場合には光学フィルタを同じ方向に回転さ
せる。またレベル偏差が増大する場合には光学フィルタ
を反対方向に回転させる。この過程を繰り返すことによ
り、任意の数の光フィルタの最適回転角度を決定するこ
とができる。
【００３８】図１９には以上説明した方式で、ゲイン補
正を行なったシグナルの波長増幅特性をしめす。この場
合では１．５３μｍ，１．５４μｍ及び１．５５μｍの
３つの波長チャンネルについて監視して、増幅率が等し
くなるように制御を行った。また、これらの波長チャン
ネルのうち１．５３５μｍの波長を持つチャンネル１に
関して、その入力信号光出力を２００ｍｓｅｃの周期で
強度変調した。図１９から明らかなようにゲイン補正を
行なう際に請求項５で示した制御を行なわない場合に
は、信号光のゆっくりとした変調にともなって信号光出
力も変動をしている。また、変調していない他のチャン
ネルもチャンネル１の信号光の変調によって相互変調が
おきている。本発明で示した制御を導入することによ
り、これらの出力レベルの変動がほとんど解消され、さ
らに相互変調も抑圧されていることがこの図から読み取
れる。
正を行なったシグナルの波長増幅特性をしめす。この場
合では１．５３μｍ，１．５４μｍ及び１．５５μｍの
３つの波長チャンネルについて監視して、増幅率が等し
くなるように制御を行った。また、これらの波長チャン
ネルのうち１．５３５μｍの波長を持つチャンネル１に
関して、その入力信号光出力を２００ｍｓｅｃの周期で
強度変調した。図１９から明らかなようにゲイン補正を
行なう際に請求項５で示した制御を行なわない場合に
は、信号光のゆっくりとした変調にともなって信号光出
力も変動をしている。また、変調していない他のチャン
ネルもチャンネル１の信号光の変調によって相互変調が
おきている。本発明で示した制御を導入することによ
り、これらの出力レベルの変動がほとんど解消され、さ
らに相互変調も抑圧されていることがこの図から読み取
れる。
【００３９】また、この制御方法はこの例に限られるも
のではなく、請求項１から３までに示したように制御光
の出力を用いて制御する場合にも同様に適用することが
できる。例えば、図２０は本制御方法を請求項２に示し
た光増幅器に適用した例であるが、制御を開始すること
により制御前には残存していた増幅率（信号光出力）の
偏差が、制御光の出力の最適化とともに速やかに解消す
る様子がわかる。さらに、信号光出力の監視及び制御を
リアルタイムに行うことにより信号光出力の揺らぎも解
消されることが分かる。
のではなく、請求項１から３までに示したように制御光
の出力を用いて制御する場合にも同様に適用することが
できる。例えば、図２０は本制御方法を請求項２に示し
た光増幅器に適用した例であるが、制御を開始すること
により制御前には残存していた増幅率（信号光出力）の
偏差が、制御光の出力の最適化とともに速やかに解消す
る様子がわかる。さらに、信号光出力の監視及び制御を
リアルタイムに行うことにより信号光出力の揺らぎも解
消されることが分かる。
【００４０】また、この実施例では、各信号光チャンネ
ルの出力をモニターするために、波長可変の光フィルタ
を用いたが、必ずしもそれに限られるわけではない。例
えば、光チャンネルもしくはモニターする光波長が３点
の場合には、信号光を３分岐して、それぞれの波長に設
定した波長固定光フィルタを透過して受光器に導くこと
により、同様な制御が可能である。さらにこのような構
成の場合には波長可変フィルタの反応遅れによる制御の
遅延が生じないために、より高速な制御が可能になる。
ルの出力をモニターするために、波長可変の光フィルタ
を用いたが、必ずしもそれに限られるわけではない。例
えば、光チャンネルもしくはモニターする光波長が３点
の場合には、信号光を３分岐して、それぞれの波長に設
定した波長固定光フィルタを透過して受光器に導くこと
により、同様な制御が可能である。さらにこのような構
成の場合には波長可変フィルタの反応遅れによる制御の
遅延が生じないために、より高速な制御が可能になる。
【００４１】
【発明の効果】これらの増幅率補正方式を用いることに
より、光増幅器の増幅器補正が行なえ、また入力信号や
増幅率が大きく変化した場合にも、請求項５に示した増
幅率の波長依存性監視方法を用いて、増幅率制御を行な
うことで安定な増幅率補正が可能である。このことでよ
り広い波長帯域を用いたＷＤＭ伝送や歪みの少ないアナ
ログ光通信が可能になり、その工業価値は大きい。
より、光増幅器の増幅器補正が行なえ、また入力信号や
増幅率が大きく変化した場合にも、請求項５に示した増
幅率の波長依存性監視方法を用いて、増幅率制御を行な
うことで安定な増幅率補正が可能である。このことでよ
り広い波長帯域を用いたＷＤＭ伝送や歪みの少ないアナ
ログ光通信が可能になり、その工業価値は大きい。
【図１】Ｅｒ添加光ファイバのファイバ吸収率の波長特
性の一例を示す図。
性の一例を示す図。
【図２】Ｅｒイオンの準位図を説明するための図。
【図３】請求項１に示した方式により光増幅率の波長特
性を改善する場合の光増幅器の構成例を示す図。
性を改善する場合の光増幅器の構成例を示す図。
【図４】光増幅部１０２により増幅された光信号の増幅
率波長依存性の一例を示す図。
率波長依存性の一例を示す図。
【図５】Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１を用いて増幅
率補正を行なった、増幅率波長依存性の一例を示す図。
率補正を行なった、増幅率波長依存性の一例を示す図。
【図６】Ｅｒ添加光ファイバのファイバ吸収率の波長特
性の一例で、制御光波長が１．４８μｍの場合を示す
図。
性の一例で、制御光波長が１．４８μｍの場合を示す
図。
【図７】Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１を用いて増幅
率補正を行なった、増幅率波長依存性の一例で、制御光
波長が１．４８μｍの場合を示す図。
率補正を行なった、増幅率波長依存性の一例で、制御光
波長が１．４８μｍの場合を示す図。
【図８】Ｅｒ添加光ファイバのファイバ吸収率の波長特
性の一例で、制御光を信号光と反対方向から導入した場
合を示す図。
性の一例で、制御光を信号光と反対方向から導入した場
合を示す図。
【図９】Ｅｒ添加光ファイバ吸収体１３１を用いて増幅
率補正を行なった、増幅率波長依存性の一例で、制御光
を信号光と反対方向から導入した場合を示す図。
率補正を行なった、増幅率波長依存性の一例で、制御光
を信号光と反対方向から導入した場合を示す図。
【図１０】請求項２に示した方式により光増幅率の波長
特性を改善する場合の光増幅器の構成例を示す図。
特性を改善する場合の光増幅器の構成例を示す図。
【図１１】制御光を導入した場合の波長増幅特性の一例
を示す図。
を示す図。
【図１２】制御光を導入した場合の波長増幅特性の一例
で、制御光を信号光と同一方向から導入した場合を示す
図。
で、制御光を信号光と同一方向から導入した場合を示す
図。
【図１３】制御光を導入した場合の波長増幅特性の一例
で、１．５３μｍの制御光は信号光と同一方向で、励起
光は信号光と反対方向から導入した場合を示す図。
で、１．５３μｍの制御光は信号光と同一方向で、励起
光は信号光と反対方向から導入した場合を示す図。
【図１４】請求項３から５に示した方式により光増幅率
の波長特性を改善する場合の光増幅器の構成例を示す
図。
の波長特性を改善する場合の光増幅器の構成例を示す
図。
【図１５】光学フィルタ３３１の波長透過特性の一例を
示す図。
示す図。
【図１６】請求項３から５に示した方式によりゲイン補
正を行なったシグナルの波長増幅特性の一例を示す図。
正を行なったシグナルの波長増幅特性の一例を示す図。
【図１７】光学フィルタ３３１の波長透過特性のもうひ
とつの例を示す図。
とつの例を示す図。
【図１８】図１７の波長透過特性をもつフィルタを用い
てゲイン補正を行ったシグナルの波長増幅特性の一例を
示す図。
てゲイン補正を行ったシグナルの波長増幅特性の一例を
示す図。
【図１９】請求項３及び５に示した方式により増幅率の
波長特性を監視しつつ補正した場合の制御結果を示す
図。
波長特性を監視しつつ補正した場合の制御結果を示す
図。
【図２０】請求項２及び５に示した方式により増幅率の
波長特性を監視しつつ補正した場合の制御結果を示す
図。
波長特性を監視しつつ補正した場合の制御結果を示す
図。
４ 光アイソレータ ２１ 増幅用のＥｒ添加光ファイバ ２２ ＷＤＭカプラ ２３ 励起用光源 １０１ 請求項１からなる光増幅器 １０２ 光増幅部 １０３ 増幅率補正部 １３１ Ｅｒ添加光ファイバ吸収体 １３２ ＷＤＭカプラ １３３ 制御光源 １０５ 入力ポート ２１０ 請求項２からなる光増幅器 ２０２ 光増幅部 ２０３ 増幅率補正部 ２０５ 入力ポート ２３１ 制御光源 ２３２ ＷＤＭカプラ ３０１ 請求項３から５からなる光増幅器 ３０２ 光増幅部 ３０３ 増幅率補正部 ３０４ ゲイン監視部 ３３１ 光学フィルタ ３３２ 回転装置 ３３３ 演算制御装置 ３４１ 光分岐部 ３４２ 波長可変フィルタ ３４３ 受光器
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｅｒ添加光ファイバを用いた光増幅部
と、この光増幅部の後段に設置され、該光増幅部におけ
る増幅率の信号光波長依存性を補正する光フィルタとか
らなる光ファイバ増幅器。 - 【請求項２】 前記光フィルタとして、長さ、濃度、フ
ァイバ組成、コア径またはＮＡ値のうちの少なくとも１
つの要素によって前記増幅率の補正が行なえるように設
定されたＥｒ添加光ファイバ吸収体を用い、このＥｒ添
加光ファイバ吸収体に吸収される波長帯の制御光を結合
することにより、該Ｅｒ添加光ファイバ吸収体の波長透
過特性を設定し、前記増幅率の信号光波長依存性を補正
することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅
器。 - 【請求項３】 前記光フィルタとして、高屈折率層と低
屈折率層とを交互に繰り返し積層してなる透明な多層膜
を用い、該光フィルタを回動自在に配置し、光フィルタ
に対する信号光の入射角を変化させて該光フィルタの波
長透過特性を設定し、前記増幅率の信号光波長依存性を
補正することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ
増幅器。 - 【請求項４】 Ｅｒ添加光ファイバを光増幅部とする光
ファイバ増幅器において、ＥＲ3+イオンに吸収される波
長をもつ一波以上の制御光を前記Ｅｒ添加光ファイバに
導入し、その制御光の波長や光強度を制御することによ
り、前記光増幅部における増幅率の信号光波長特性を制
御することを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項５】 前記増幅率の信号光波長依存性を検出す
る手段を備え、該波長依存性検出手段は、前記増幅部で
増幅された複数の信号光から任意の波長チャンネルを取
り出す手段と、この取り出し手段で取り出された前記波
長チャンネルごとの光強度レベルを検出するレベル検出
手段と、このレベル検出手段で検出された前記光強度レ
ベルにおける前記波長チャンネル相互の光強度レベル偏
差を演算し、波長チャンネル間レベル偏差が最小になる
ようにする演算制御手段とを有することを特徴とする請
求項１から４に記載の光ファイバ増幅器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5174254A JP2751789B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 光ファイバ増幅器 |
| US08/273,137 US5436760A (en) | 1993-07-14 | 1994-07-14 | Optical fiber amplifier with gain equalizing circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5174254A JP2751789B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0728105A true JPH0728105A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2751789B2 JP2751789B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=15975418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5174254A Expired - Lifetime JP2751789B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5436760A (ja) |
| JP (1) | JP2751789B2 (ja) |
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| KR100396285B1 (ko) * | 1998-09-17 | 2003-11-01 | 삼성전자주식회사 | 고출력,광대역의광섬유광원 |
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| JP2006332301A (ja) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅器 |
| JP2008084923A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 光増幅装置およびその制御方法 |
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| DE69520547T2 (de) | 1994-11-16 | 2001-11-08 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Faseroptischer Verstärker |
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| GB9522943D0 (en) * | 1995-08-05 | 1996-01-10 | Samsung Electronics Co Ltd | Erbium doped fiber amplifier |
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