JPH09185092A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバ増幅器の出力信号レベルの安定し
た制御を行う。 【解決手段】 入力光信号λｓ及び励起光λｐはＷＤＭ
カプラ１１を介して光増幅ファイバ１２に入力し、該入
力光信号λｓが増幅される。光増幅ファイバ１２の出力
光信号Ｓ１２は、フィルタ１３で信号波長近辺以外の成
分が除去される。そして、ＰＤ１４ａに入射されて光信
号から電気信号に変換され、広帯域増幅器１４ｂで増幅
される。次に、広帯域増幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４の
振幅がピーク検出回路１５で検出される。この検出値Ｓ
１５と基準電圧Ｓ１７との差分Ｓ１６がオペアンプ１８
で反転増幅される。オペアンプ１８の出力信号Ｓ１８は
ＬＤ１９へ入力され、検出値Ｓ１５が基準電圧Ｓ１７と
同一のレベルになるようにＬＤ１９の発光量が制御され
る。このため、広帯域増幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４の
振幅が一定になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば長距離デー
タ伝送等に用いられる光ファイバ増幅器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の光ファイバ増幅器の一例
を示す構成図である。この光ファイバ増幅器は、図示し
ない送信部からの入力光信号λｓと励起光λｐとを合波
する波長多重器（Wavelength Division Multiplexing、
以下、ＷＤＭカプラという）１を有している。ＷＤＭカ
プラ１の出力側は、光増幅ファイバ２を介して２分岐光
カプラ３の入力側に接続されている。光増幅ファイバ２
は、例えばエルビウムドープ光ファイバ等の光増幅器用
ファイバで構成され、該ファイバ中を入力光信号λｓと
励起光λｐの両方が伝搬することにより該励起光λｐの
エネルギーが該入力光信号λｓに移り、該入力光信号λ
ｓを増幅する機能を有している。２分岐光カプラ３の第
１のポート（出力側）３ａは、信号光波長のみを通過す
るフィルタ４を介して光受信器５中のホトダイオード
（以下、ＰＤという）５ａに接続され、該ＰＤ５ａの出
力側が光受信器５中の広帯域増幅器５ｂに接続されてい
る。広帯域増幅器５ｂの出力側は、図示しない例えば多
重化装置等に接続されている。

【０００３】一方、２分岐光カプラ３の第２のポート３
ｂは、該第２のポート３ｂの出力信号Ｓ３ｂから光パワ
ーの値を検出するＰＤ６の入力側に接続されている。Ｐ
Ｄ６の出力側は、減算器７の第１の入力端子に接続され
ている。又、減算器７の第２の入力端子には、基準電圧
源８が接続されている。減算器７は、ＰＤ６の出力信号
Ｓ６から基準電圧源８の出力信号である基準電圧Ｓ８を
減ずる機能を有している。減算器７の出力端子は、ドラ
イバ回路９の入力側に接続されている。ドライバ回路９
は、例えば演算増幅器（以下、オペアンプという）及び
電流増幅段等で構成されている。ドライバ回路９の出力
側は、レーザダイオード（Laser Diode 、以下、ＬＤと
いう）１０の入力側に接続されている。ＬＤ１０は、ド
ライバ回路９の出力信号Ｓ９に基づいて前記励起光λｐ
を出力する機能を有している。この光ファイバ増幅器で
は、光増幅ファイバ２を光受信器５のプリアンプとして
用いることにより、該光増幅ファイバ２を用いない場合
に比べて該光受信器５の感度が１０ｄＢ以上改善される
ので、例えば長距離電話等の回線における基幹系及び分
配系（即ち、加入者系）の伝送系の利得の増大に有効な
手段である。ドライバ回路９は、光増幅ファイバ２から
の光出力パワーが一定になるようにＬＤ１０に供給する
電流を制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
光ファイバ増幅器では、次のような課題があった。即
ち、図２の光ファイバ増幅器では、光増幅ファイバ２か
らの信号光成分と雑音光（Amplified Spontaneous Emis
sion、以下、ＡＳＥ光という）成分との和パワーが検出
され、該和パワーに基づいて励起光λｐの光量が制御さ
れるので、該光増幅ファイバ２からの光出力パワーは一
定になるが、出力光信号レベルは必ずしも一定とはなら
ない。図３は、図２中の光増幅ファイバ２からの信号光
及びＡＳＥ光のパワー分布を示す図であり、縦軸にパワ
ー、及び横軸に波長がとられている。又、図４は、図２
中の光増幅ファイバ２からの信号光及びＡＳＥ光のパワ
ーを示す模式図であり、縦軸にパワー、及び横軸に時間
がとられている。これらの図を参照しつつ、図２の光フ
ァイバ増幅器の問題点を説明する。入力光信号λｓのパ
ワーが低下すると、ドライバ回路９によりＬＤ１０の発
光量が増加する。そのため、光増幅ファイバ２の利得が
増大するので、相対的にＡＳＥ光の成分の信号光成分に
対する比率が高くなり、総パワーは一定でも、信号光の
パワーが低下し、光受信器５での安定した信号受信が困
難になるという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、光ファイバ増幅器において、所定の
波長の光で構成された入力光信号を入力し、該入力光信
号を励起光により増幅する光増幅ファイバと、前記光増
幅ファイバに対して前記励起光を発生する励起光源と、
前記光増幅ファイバの出力光信号から前記所定の波長近
辺の成分を通過するフィルタと、前記フィルタの出力光
信号を電気信号に変換する光受信器と、前記光受信器か
ら出力された前記電気信号の振幅を検出するピーク検出
回路と、前記ピーク検出回路の検出値が所望のレベルに
なるように前記励起光源の発光量を制御する帰還回路と
を、備えている。この第１の発明によれば、以上のよう
に光ファイバ増幅器を構成したので、入力光信号が光増
幅ファイバに入力されると同時に励起光源から励起光が
入力され、該入力光信号が増幅される。光増幅ファイバ
の出力光信号はフィルタに入力し、所定の波長近辺の成
分が通過する。前記フィルタの出力光信号は、光受信器
で電気信号に変換される。次に、前記光受信器から出力
された前記電気信号の振幅がピーク検出回路で検出され
る。前記ピーク検出回路の検出値は、帰還回路で前記励
起光源の発光量を制御することにより、所望のレベルに
なるように制御される。そのため、光受信器で安定した
信号受信が行われる。

【０００６】第２の発明では、第１の発明の光増幅ファ
イバと励起光源と、前記光増幅ファイバの出力光信号の
一部を分岐した光信号のパワーを同一レベルの２系統に
分岐する分岐手段と、所定の通過帯域幅を有し、前記分
岐手段の一方の出力光信号から前記入力光信号の波長近
辺の成分を通過する第１のフィルタと、前記第１のフィ
ルタとは異なる所定の通過帯域幅を有し、前記分岐手段
の他方の出力光信号から前記入力光信号の波長近辺の成
分を通過する第２のフィルタと、前記第１のフィルタの
出力光信号を電気信号に変換する第１の光電変換器と、
前記第２のフィルタの出力光信号を電気信号に変換する
第２の光電変換器と、前記第１の光電変換器の出力信号
から前記第２の光電変換器の出力信号を差し引く差分回
路と、前記差分回路の出力信号が所望のレベルになるよ
うに前記励起光源の発光量を制御する帰還回路と、前記
光増幅ファイバの出力光信号から前記所定の波長近辺の
成分を通過する第３のフィルタと、前記第３のフィルタ
の出力光信号を電気信号に変換する光受信器とを備えて
いる。

【０００７】更に、前記差分回路は、前記第１のフィル
タ及び前記第２のフィルタの各通過帯域幅が同一の場
合、前記第１の光電変換器の出力信号から前記第２の光
電変換器の出力信号を差し引くことによって前記光増幅
ファイバの出力光信号から前記入力光信号が増幅された
信号光パワーを抽出し、前記第１のフィルタ及び前記第
２のフィルタの各通過帯域幅が異なる場合、前記第１の
光電変換器の出力信号を前記各通過帯域幅の比率に基づ
いて同一の通過帯域幅に対応する値に補正し、補正され
た該第１の光電変換器の出力信号から前記第２の光電変
換器の出力信号を差し引くことにより前記信号光パワー
を抽出する構成にしている。この第２の発明によれば、
入力光信号が光増幅ファイバに入力されると同時に励起
光源から励起光が入力され、該入力光信号が増幅され
る。光増幅ファイバの出力光信号の一部が分岐された光
信号のパワーは、分岐手段で同一レベルの２系統に分岐
される。前記分岐手段の一方の出力光信号は第１のフィ
ルタに入力し、前記入力光信号の波長近辺の成分が通過
する。一方、前記分岐手段の他方の出力光信号は第２の
フィルタに入力し、前記入力光信号の波長近辺でかつ前
記第１のフィルタとは異なる成分が通過する。

【０００８】更に、前記第１のフィルタの出力光信号は
第１の光電変換器で電気信号に変換され、前記第２のフ
ィルタの出力光信号が第２の光電変換器で電気信号に変
換される。そして、差分回路において、第１の光電変換
器の出力信号から第２の光電変換器の出力信号が差し引
かれ、前記入力光信号が増幅された信号光パワーが出力
される。但し、前記第２のフィルタ及び前記第３のフィ
ルタの各通過帯域幅が同一の場合、差分回路において、
前記第１の光電変換器の出力信号から前記第２の光電変
換器の出力信号を差し引くことにより前記光増幅ファイ
バの出力光信号から信号光パワーが抽出される。又、前
記第２のフィルタ及び前記第３のフィルタの各通過帯域
幅が異なる場合、差分回路において、前記第１の光電変
換器の出力信号又は前記第２の光電変換器の出力信号の
いずれか一方が前記各通過帯域幅の比率に基づいて同一
の通過帯域幅に対応する値に補正された後に前記第１の
光電変換器の出力信号から前記第２の光電変換器の出力
信号を差し引くことにより前記信号光パワーが抽出され
る。更に、前記差分回路の出力信号即ち信号光パワー
は、帰還回路で前記励起光源の発光量を制御することに
より、所望のレベルになるように制御される。そのた
め、光増幅ファイバの出力光信号は所望のレベルに制御
されて第１のフィルタに入力し、所定の波長近辺の成分
が通過する。そして、前記第１のフィルタの出力光信号
は光受信器に入力され、該光受信器で安定した信号受信
が行われる。従って、前記課題を解決できるのである。

【０００９】

【発明の実施の形態】第１の実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態を示す光ファイバ増幅
器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、図示しな
い送信部からの入力光信号λｓと励起光λｐとを合波す
るＷＤＭカプラ１１を有している。ＷＤＭカプラ１１の
出力側は、光増幅ファイバ１２の入力側に接続されてい
る。光増幅ファイバ１２は、従来の図２中の光増幅ファ
イバ２と同様に、例えばエルビウムドープ光ファイバ等
の光増幅器用ファイバで構成され、該ファイバ中を入力
光信号λｓと励起光λｐの両方が伝搬することにより該
励起光λｐのエネルギーが該入力光信号λｓに移り、該
入力光信号λｓを増幅する機能を有している。光増幅フ
ァイバ１２の出力側は、信号光波長のみを透過するフィ
ルタ１３を介して光受信器１４中のＰＤ１４ａに接続さ
れ、該ＰＤ１４ａの出力側が該光受信器１４中の広帯域
増幅器１４ｂに接続されている。広帯域増幅器１４ｂの
出力側は、図示しない例えば多重化装置等に接続されて
いる。

【００１０】一方、広帯域増幅器１４ｂの出力側は、ピ
ーク検出回路１５の入力側に接続されている。ピーク検
出回路１５は、広帯域増幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４の
振幅のピーク値を検出して保持する機能を有している。
ピーク検出回路１５の出力側は、減算器１６の第１の入
力端子に接続されている。又、減算器１６の第２の入力
端子には、基準電圧源１７が接続されている。この基準
電圧源１７には、広帯域増幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４
の所望のレベルである基準電圧Ｓ１７が設定されてい
る。減算器１６は、ピーク検出回路１５の出力信号Ｓ１
５から基準電圧源１７の出力信号である基準電圧Ｓ１７
を減ずる機能を有している。減算器１７の出力端子は、
帰還回路であるオペアンプ１８の入力側に接続されてい
る。オペアンプ１８の出力側は、励起光源であるＬＤ１
９の入力側に接続されている。オペアンプ１８は減算器
１７の出力信号Ｓ１７を反転増幅し、ＬＤ１９の発光量
を制御する機能を有している。ＬＤ１９は、オペアンプ
１８の出力信号Ｓ１８に基づいて前記励起光λｐを出力
する機能を有している。

【００１１】次に、図１の動作を説明する。入力光信号
λｓは、ＷＤＭカプラ１１を介して光増幅ファイバ１２
に入力する。この時、同時にＬＤ１９からの励起光λｐ
がＷＤＭカプラ１１を介して光増幅ファイバ１２に入力
し、該光増幅ファイバ１２中を入力光信号λｓと励起光
λｐの両方が伝搬することにより該励起光λｐのエネル
ギーが該入力光信号λｓに移り、該入力光信号λｓが増
幅される。光増幅ファイバ１２の出力光信号Ｓ１２は、
フィルタ１３で信号波長近辺以外の成分が除去され、更
にＰＤ１４ａに入射されて光信号から電気信号に変換さ
れ、広帯域増幅器１４ｂで増幅される。次に、広帯域増
幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４の振幅がピーク検出回路１
５で検出される。この検出値Ｓ１５と基準電圧Ｓ１７と
の差分Ｓ１６がオペアンプ１８で反転増幅される。オペ
アンプ１８の出力信号Ｓ１８はＬＤ１９へ入力され、検
出値Ｓ１５が基準電圧Ｓ１７と同一のレベルになるよう
にＬＤ１９の発光量が制御される。このため、広帯域増
幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４の振幅が一定になる。以上
のように、この第１の実施形態では、光受信器１４の出
力信号Ｓ１４の振幅がピーク検出回路１５で検出され、
この検出値Ｓ１５が基準電圧Ｓ１７と同一のレベルにな
るようにオペアンプ１８によりＬＤ１９の発光量が制御
される。そのため、光受信器１４で安定した信号受信が
行われる。

【００１２】第２の実施形態 図５は、本発明の第２の実施形態を示す光ファイバ増幅
器の構成図であり、図１中の要素と共通の要素には共通
の符号が付されている。この光ファイバ増幅器は、図１
の光ファイバ増幅器と同様に、ＷＤＭカプラ１１を有し
ている。ＷＤＭカプラ１１の出力側は、光増幅ファイバ
１２の入力側に接続されている。光増幅ファイバ１２の
出力側は、２分岐光カプラ２１の入力側に接続されてい
る。２分岐光カプラ２１の第１のポート（出力側）２１
ａは、信号光波長のみを透過する第３のフィルタ１３を
介して光受信器１４中のＰＤ１４ａに接続され、該ＰＤ
１４ａの出力側が光受信器１４中の広帯域増幅器１４ｂ
に接続されている。広帯域増幅器１４ｂの出力側は、図
示しない例えば多重化装置等に接続されている。

【００１３】一方、２分岐光カプラ２１の第２のポート
２１ｂは、分岐手段である３ｄＢカプラ２２の入力側に
接続されている。３ｄＢカプラ２２は、光増幅ファイバ
１２の出力光信号Ｓ１２の一部を２分岐光カプラ２１で
分岐した光信号のパワーを同一レベルの２系統に分岐す
る機能を有している。３ｄＢカプラ２２の第１のポート
２２ａ及び第２のポート２２ｂは、信号光波長とその近
辺の中心波長の互いにオーバーラップをしない同一の帯
域幅の狭帯域光フィルタである第１のフィルタ２３及び
第２のフィルタ２４の各入力側にそれぞれ接続されてい
る。フィルタ２３，２４の各出力側は、フィルタ２３，
２４の各出力光Ｓ２３，Ｓ２４をそれぞれ受光して電気
信号に変換する光電変換器であるＰＤ２５，２６の各入
力側にそれぞれ接続されている。ＰＤ２５，２６の各出
力側は、該ＰＤ２５，２６の各出力信号Ｓ２５，Ｓ２６
の差分値Ｓ２７をとる差分回路２７の入力側に接続され
ている。差分回路２７の出力側は減算器１６の第１の入
力端子に接続されている。又、減算器１６の第２の入力
端子には、基準電圧源１７Ａが接続されている。この基
準電圧源１７Ａには、差分回路２７の出力信号（即ち、
差分値Ｓ２７）の所望のレベルである基準電圧Ｓ１７Ａ
が設定されている。以下、図１と同様の構成である。

【００１４】図６は、図５中のフィルタ２３，２４の特
性及びＡＳＥ光パワーａｓｅの分布を示す図であり、縦
軸にパワー、及び横軸に波長がとられている。この図を
参照しつつ、図５の動作を説明する。光フィルタ２３，
２４の帯域幅が同じで中心波長が近い場合、光増幅ファ
イバ１２の出力光信号Ｓ１２のＡＳＥ光の波長分布は信
号光に比べて広帯域であるので、光フィルタ２３の出力
光Ｓ２３に含まれる信号光パワーとＡＳＥ光パワーの内
の後者は、フィルタ２４の出力光Ｓ２４のＡＳＥ光パワ
ーとほぼ等しくなる。このため、差分回路２７から出力
される両フィルタの出力パワーの差分値Ｓ２７は、入力
光信号λｓが増幅された信号光パワーとなる。更にオペ
アンプ１８により、差分値Ｓ２７が設定値Ｓ１７Ａにな
るようにＬＤ１９の発光量が制御される。そのため、図
１と同様に、広帯域増幅器１４ｂの出力信号Ｓ１４の振
幅が一定になる。以上のように、この第２の実施形態で
は、フィルタ２３，２４の出力パワーの差分値Ｓ２７即
ち信号光パワーが差分回路２７から出力され、この差分
値Ｓ２７が基準電圧Ｓ１７Ａと同一のレベルになるよう
にオペアンプ１８によりＬＤ１９の発光量が制御され
る。そのため、光受信器１４で安定した信号受信が行わ
れる。

【００１５】尚、本発明は上記実施形態に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 （ａ） 第２の実施形態において、光増幅ファイバ１２
の前方から励起光λｐをＷＤＭカプラ１１を介して注入
しているが、該光増幅ファイバ１２の後方から入力光信
号λｓとは逆方向に注入するようにしてもよい。この場
合、ＷＤＭカプラ１１は光増幅ファイバ１２と２分岐光
カプラ２１の間に設置される。 （ｂ） 第２の実施形態ではフィルタ２３，２４の各通
過帯域幅は、その比率がわかっていれば同一でなくても
よい。 即ち、フィルタ２３，２４の各通過帯域幅が異なる場
合、ＰＤ２５の出力信号Ｓ２５又は光電変換器２６の出
力信号Ｓ２６のいずれか一方を前記各通過帯域幅の比率
に基づいて同一の通過帯域幅に対応する値に補正した
後、ＰＤ２３の出力信号Ｓ２３から光電変換器２４の出
力信号Ｓ２４を差し引くことにより信号光パワーを抽出
するようにしてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、光受信器の出力信号の振幅がピーク検出回路
で検出され、この検出値が所望のレベルになるように帰
還回路により励起光源の発光量が制御されるようにした
ので、光受信器で安定した信号受信を行うことができ
る。第２の発明によれば、第１のフィルタと第２のフィ
ルタの出力パワーの差分値即ち入力光信号が増幅された
信号光パワーが差分回路から出力され、この差分値が所
望のレベルになるように帰還回路により励起光源の発光
量が制御されるようにしたので、光受信器で安定した信
号受信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す光ファイバ増幅
器の構成図である。

【図２】従来の光ファイバ増幅器の一例を示す構成図で
ある。

【図３】信号光及びＡＳＥ光のパワー分布を示す図であ
る。

【図４】信号光及びＡＳＥ光のパワーを示す模式図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施形態を示す光ファイバ増幅
器の構成図である。

【図６】図５中のフィルタ２３，２４の特性及びＡＳＥ
光パワーａｓｅの分布を示す図である。

【符号の説明】

１２ 光増幅ファイバ １３，２３，２４ フィルタ １４ 光受信器 １５ ピーク検出回路 １８ 帰還回路 １９ レーザダイオード
（励起光源） ２２ ３ｄＢカプラ（分
岐手段） ２５，２６ ホトダイオード
（光電変換器） ２７ 差分回路 λｓ 入力光信号 λｐ 励起光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/17 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｊ 10/16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の波長の光で構成された入力光信号
   を入力し、該入力光信号を励起光により増幅する光増幅
   ファイバと、 前記光増幅ファイバに対して前記励起光を発生する励起
   光源と、 前記光増幅ファイバの出力光信号から前記所定の波長近
   辺の成分を通過するフィルタと、 前記フィルタの出力光信号を電気信号に変換する光受信
   器と、 前記光受信器から出力された前記電気信号の振幅を検出
   するピーク検出回路と、 前記ピーク検出回路の検出値が所望のレベルになるよう
   に前記励起光源の発光量を制御する帰還回路とを、 備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光増幅ファイバと励起光
   源と、 前記光増幅ファイバの出力光信号の一部を分岐した光信
   号のパワーを同一レベルの２系統に分岐する分岐手段
   と、 所定の通過帯域幅を有し、前記分岐手段の一方の出力光
   信号から前記入力光信号の波長近辺の成分を通過する第
   １のフィルタと、 前記第１のフィルタとは異なる所定の通過帯域幅を有
   し、前記分岐手段の他方の出力光信号から前記入力光信
   号の波長近辺の成分を通過する第２のフィルタと、 前記第１のフィルタの出力光信号を電気信号に変換する
   第１の光電変換器と、 前記第２のフィルタの出力光信号を電気信号に変換する
   第２の光電変換器と、 前記第１の光電変換器の出力信号から前記第２の光電変
   換器の出力信号を差し引く差分回路と、 前記差分回路の出力信号が所望のレベルになるように前
   記励起光源の発光量を制御する帰還回路と、 前記光増幅ファイバの出力光信号から前記所定の波長近
   辺の成分を通過する第３のフィルタと、 前記第３のフィルタの出力光信号を電気信号に変換する
   光受信器とを備え、 前記差分回路は、 前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタの各通過帯
   域幅が同一の場合、前記第１の光電変換器の出力信号か
   ら前記第２の光電変換器の出力信号を差し引くことによ
   って前記光増幅ファイバの出力光信号から前記入力光信
   号が増幅された信号光パワーを抽出し、前記第１のフィ
   ルタ及び前記第２のフィルタの各通過帯域幅が異なる場
   合、前記第１の光電変換器の出力信号を前記各通過帯域
   幅の比率に基づいて同一の通過帯域幅に対応する値に補
   正し、補正された該第１の光電変換器の出力信号から前
   記第２の光電変換器の出力信号を差し引くことにより前
   記信号光パワーを抽出する構成にしたことを特徴とする
   光ファイバ増幅器。