JPH09244078A - 光増幅器およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 双方向励起において光学部品の劣化等かあっ
ても出力信号光を一定に制御すること。 【解決手段】 本発明は、前方励起光の光源に対する駆
動電流を前方側制御回路１２で制御し、出力光の量に基
づいて後方励起光の光源に対する駆動電流を出力制御回
路２２で制御し、後方励起光の光源に対する駆動電流が
一定値を越えた場合に、出力光の量を前方励起光の光源
に対する駆動電流で制御するよう第１切替え器１４およ
び第２切替え器２４で切替えを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを介し
た通信において使用される光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光増幅器は、一般に増幅媒体である光フ
ァイバ中に入力信号光と励起光とを同時に伝搬させ、励
起光のエネルギーを入力信号光に移動させて出力信号光
の増幅を図るものである。

【０００３】図３は従来の光増幅器を説明する構成図で
ある。この光増幅器１’は、増幅用光ファイバ２の端部
において信号光と励起光とを合成する構成となってお
り、波長の異なる信号光を励起光とをＷＤＭ（波長多重
器：Wavelength Division Multiplexer の略）により合
成している。

【０００４】なお、信号光と励起光とを増幅用光ファイ
バの入力信号光側で合成する場合を前方励起、出力信号
光側で合成する場合を後方励起、また図３に示す光増幅
器１’のように前方励起と後方励起との両方を用いる場
合を双方向励起（または、両方向励起）という。

【０００５】図３に示す光増幅器１’では、増幅用光フ
ァイバ２の入力信号光側に第１ＷＤＭ１０が設けられ、
出力信号光側に第２ＷＤＭ２０が設けられている。ま
た、第１ＷＤＭ１０には前方励起光源モジュール１１の
前方励起光源１１ａから励起光が入射され、第２ＷＤＭ
２０には後方励起光源モジュール２１の後方励起光源２
１ａから励起光が入射される。

【０００６】このような光増幅器１’における出力信号
光の光量は、励起光の光量と入力信号光の光量、および
ＷＤＭ等の光部品での損失の変動に依存する。通信シス
テムで光増幅器１’を適用する場合、入力信号光の光量
や光部品の損失の変動に依らず、出力信号光の光量が一
定であることが望ましい。この光増幅器において出力信
号光の光量を一定に制御することを、以降ＡＬＣを呼
ぶ。

【０００７】また、図３に示すような双方向励起の光増
幅器１’における雑音特性は、後方励起光の光量に比べ
て前方励起光の光量に大きく依存する。これは、増幅用
光ファイバ２の信号光入力側の雑音特性が増幅用光ファ
イバの雑音特性をほぼ決めるためである。

【０００８】このため、前方励起光源１１ａが半導体レ
ーザから成る場合には、その一方の出力光を励起光と
し、他方の出力光をフォトダイオード等から成る受光素
子１１ｂによって受光して、前方側制御回路１２’によ
り前方励起光源１１ａの駆動電流を制御して前方励起光
の光量を一定にしている。この励起光の光量を一定に制
御することを、以降ＡＰＣと呼ぶ。

【０００９】したがって、図３に示す光増幅器１’で
は、ＡＬＣを行うために第２ＷＤＭ２０からの出力信号
光を光カプラ２６で分岐し、この光量を受光素子２５に
て電気信号に変換して、後方側制御回路２２’へ渡し、
これに基づいて後方励起光源２１ａの駆動電流を制御し
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光増幅器の構成では、後方励起光源のみによるＡＬ
Ｃを行っているため、出力信号光の低下によって後方側
制御回路からの後方励起光源への駆動電流増加が限界に
達した場合にはもはやＡＬＣとはならず、出力信号光の
光量が減少してしまうという問題が生じる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために成された光増幅器およびその制御方法であ
る。すなわち、本発明の光増幅器は、増幅用光ファイバ
を中心とした一方側に第１の波長多重器、他方側に第２
の波長多重器を備え、第１の波長多重器に信号光と前方
励起光とを入射して増幅用光ファイバへ伝搬し、第２の
波長多重器に信号光と後方励起光とを入射して出力光を
得るものであり、前方励起光の光源に対する駆動電流を
制御する前方側制御手段と、出力光の量に基づいて後方
励起光の光源に対する駆動電流を制御する後方側制御手
段と、後方励起光の光源に対する駆動電流が一定値を越
えた場合に、出力光の量を前方励起光の光源に対する駆
動電流で制御するよう切替えを行う切替え手段とを備え
ている。

【００１２】また、本発明の光増幅器の制御方法は、後
方励起光の光源に対する駆動電流が一定値を越えた場合
に、出力光の量を前方励起光の光源に対する駆動電流で
制御する方法である。

【００１３】これにより、後方励起光の光源に対して制
御の限界値まで後方側制御手段が駆動電流の制御を行
い、この限界値を越えた場合には切替え手段によって前
方側制御手段での制御に切替え、出力光の量を前方励起
光の光源に対する駆動電流の制御で行うことができるよ
うになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の光増幅器および
その制御方法における実施の形態を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の光増幅器における実施形態を説明す
る構成図である。すなわち、本実施形態における光増幅
器１は、増幅用光ファイバ２を中心とした信号入力側に
第１ＷＤＭ１０、信号出力側に第２ＷＤＭ２０を備え、
第１ＷＤＭ１０には前方励起光源モジュール１１が、ま
た第２ＷＤＭ２０には後方励起光源モジュール２１が接
続されている。

【００１５】前方励起光源モジュール１１は、半導体レ
ーザから成る前方励起光源１１ａと、フォトディテクタ
ーである受光素子１１ｂとから構成され、前方励起光源
１１ａの後方出力光を受光素子１１ｂで受けて、これに
基づき前方側制御回路１２で前方励起光源１１ａの光量
を制御している。また、受光素子１１ｂで受けた前方励
起光源１１ａの光量に基づく電気信号はアラーム検出器
１３へ送られ、設定値との比較によって所定の電気信号
を出力するようになっている。

【００１６】後方励起光源モジュール２１は、半導体レ
ーザから成る後方励起光源２１ａを備えており、その駆
動電流を電流検出器２３にて検出している。また、第２
ＷＤＭ２０の出力信号光は光カプラ２６にて分岐され、
受光素子２５にて電気信号に変換されて出力制御回路２
２へ渡されている。この電気信号に基づき出力制御回路
２２は後方励起光源２１ａの駆動電流を制御している。

【００１７】また、本実施形態における光増幅器１で
は、前方側制御回路１２と前方励起光源１１ａとの間に
第１切替え器１４が設けられ、出力制御回路２２と後方
励起光源２１ａとの間に第２切替え器２４が設けられて
いる。第１切替え器１４および第２切替え器２４は、各
々電流検出器２３とアラーム検出器１３とから信号を受
けて切替え動作を行っている。

【００１８】次に、この光増幅器１の動作の説明を行
う。本実施形態では、増幅用光ファイバ２としてエルビ
ウムドープ光ファイバ（ＥＤＦＡ）を用いる。ＥＤＦＡ
において増幅される波長は、約１５３０ｎｍ〜１５６５
ｎｍであるため、増幅される信号光の波長をこの約１５
３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの間に設定する。また、励起光
の波長は、例えば１４６０ｎｍ〜１４９０ｎｍと、９７
５ｎｍ〜９８５ｎｍ、また８２０ｎｍや５００ｎｍがあ
る。

【００１９】以下、動作を図２に示すフローチャートに
沿って説明する。なお、図２に示されない符号は図１を
参照するものとする。先ず、第１ＷＤＭ１０により入力
信号光と前方励起光源１１ａからの励起光を波長多重
し、増幅用光ファイバ２に出力する。波長多重された入
力信号光と励起光とは増幅用光ファイバ２中を伝搬し、
励起光のエネルギーが入力信号光に移り、増幅されるこ
とになる。

【００２０】また、この励起光のエネルギーが入力信号
光に移る作用は、第２ＷＤＭ２０により波長多重される
後方励起光源２１ａからの励起光によっても生じる。つ
まり、後方励起光源２１ａから出射された励起光は第２
ＷＤＭ２０により入力信号光と波長多重され、増幅用光
ファイバ２中を入力信号光と逆方向へ伝搬し、増幅用光
ファイバ２中においてそのエネルギーが入力信号光に移
り、増幅させることになる。

【００２１】このような増幅状態において、光増幅器１
は出力信号光の光量を一定に制御（ＡＬＣ）するため、
図２のステップＳ１に示すように後方励起での制御を行
う。具体的には、光カプラ２６にて分岐した出力信号光
を受光素子２５で受けて電気信号に変換し、出力制御回
路２２へ渡す。そして、この電気信号に基づき受光素子
２５が受ける光量を一定にするよう出力制御回路２２か
ら後方励起光源２１ａへの駆動電流を制御する。なお、
この際、前方側制御回路１２から前方励起光源１１ａへ
の駆動電流は一定に制御（ＡＰＣ）される。なお、この
際、第１切替え器１４は１４ａ側（図中実線参照）、第
２切替え器２４は２４ａ側（図中実線参照）にしてお
く。

【００２２】次に、ステップＳ２に示すように、電流検
出器２３で検出している電流値が一定値を越えたか否か
の判断を行う。ここで検出している電流値が一定値を越
えない場合にはＮｏとなり、ステップＳ１に示す制御を
繰り返し行う。一方、励起光源の劣化、各光部品の結合
損失の増大、入力信号光の光量の低下、光部品での損失
の増大等の種々の要因により出力信号光の光量が低下
し、出力制御回路２２から後方励起光源２１ａへの駆動
電流が最大限に達してしまった場合に電流値が一定値を
越えることになり、ステップＳ２の判断でＹｅｓとな
る。

【００２３】この場合、電流検出器２３から警告信号が
出力され、次のステップＳ３において後方励起の固定お
よび前方励起での一定制御を行う。具体的には、後方励
起光源２１ａへの駆動電流を固定し（例えば、出力制御
回路２２を構成するオペアンプへの入力電圧を制限し、
一定値以上の電圧にならないようクランプして駆動電流
を最大値にて固定し、前方励起光源１１ａの負担をなる
べく少なくする）、第１切替え器１４を１４ｂ側（図中
破線参照）、第２切替え器２４を２４ｂ側（図中破線参
照）へ切替えて出力信号光の光量を前方側制御回路１２
で制御する。

【００２４】つまり、出力信号光の光量を受光素子２５
にて受けてその電気信号を出力制御回路２２から第２切
替え器２４および第１切替え器１４を介して前方側制御
回路１２へ渡す。前方側制御回路１２はこの電気信号に
基づいて前方励起光源１１ａへの駆動電流を制御して、
受光素子２５で受ける出力信号光の光量が一定となるよ
う制御する。

【００２５】次に、ステップＳ４に示すように、前方励
起のバック光が一定値より低いか否かの判断を行う。す
なわち、先のステップＳ３において出力信号光の光量一
定制御（ＡＬＣ）を前方励起側に切替えて行っている間
に、切替えの要因が無くなって再び出力信号光が増加し
てきた場合、前方励起光源１１ａの負荷が軽減されるた
め前方側制御回路１２から前方励起光源１１ａへの駆動
電流が低下してくることになる。これを前方励起光源１
１ａのバック光（後方出力光）の強度で判定し、これが
一定値より低くなった場合にはアラーム検出器１３から
信号を出力するようにする。

【００２６】アラーム検出器１３から信号が出力されて
いない場合には切替えの要因が無くなっていないとして
ステップＳ４の判断でＮｏとなり、ステップＳ３に示す
前方励起での一定制御を繰り返す。また、アラーム検出
器１３から信号が出力された場合には切替えの要因が無
くなったとしてＹｅｓとなり、ステップＳ５へ進み制御
終了か否かの判断を行って、継続する場合にはステップ
Ｓ１へ戻る。

【００２７】これにより、第１切替え器１４を１４ａ側
に戻し、第２切替え器２４側に戻して出力信号光の光量
一定制御（ＡＬＣ）を後方励起光源２１ａの駆動電流制
御で行うようにする。このような処理を繰り返し行うこ
とで、後方励起光源２１ａの駆動電流が限界となっても
出力信号光の光量を一定に保つことができるようにな
る。

【００２８】なお、本実施形態では増幅用光ファイバ２
としてエルビウムドープ光ファイバを用いる例を示した
が、本発明はこれに限定されず、例えばプラセオジンド
ープ光ファイバを用いてもよい。この場合には、励起光
源の波長を１０２０ｎｍ、入力信号光の波長を１３００
ｎｍ帯（１２８０ｎｍ〜１３２０ｎｍ）程度にすればよ
い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
およびその制御方法によれば次のような効果がある。す
なわち、双方向励起において出力信号光の一定制御を主
として後方励起で行う場合、後方励起光源の駆動電流が
限界を越えてしまっても、切替え動作によって前方励起
で出力信号光の一定制御を行うことができるようにな
る。これによって、光学部品の結合損失や半導体レーザ
の劣化等が生じても、出力信号光を安定させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光増幅器における実施形態を説明する
構成図である。

【図２】本実施形態における制御フローチャートであ
る。

【図３】従来例を説明する構成図である。

【符号の説明】

１ 光増幅器 ２ 増幅用光ファイバ １０ 第１ＷＤＭ １１ 前方励起光源モジュール １１ａ 前方励起光源 １２ 前方側制御回路 １３ アラーム検出器 １４ 第１切替え器 ２０ 第２ＷＤＭ ２１ 後方励起光源モジュール ２１ａ 後方励起光源 ２２ 出力制御回路 ２３ 電流検出器 ２４ 第２切替え器 ２６ 光カプラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 徹 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 宮下 実 埼玉県浦和市白幡３丁目１番９号 白幡東 団地１号棟802 株式会社エヌ・イー・エ ス内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 増幅用光ファイバを中心とした一方側に
   第１の波長多重器、他方側に第２の波長多重器を備え、
   該第１の波長多重器に信号光と前方励起光とを入射して
   該増幅用光ファイバへ伝搬し、該第２の波長多重器に該
   信号光と後方励起光とを入射して出力光を得る光増幅器
   であって、 前記前方励起光の光源に対する駆動電流を制御する前方
   側制御手段と、 前記出力光の量に基づいて前記後方励起光の光源に対す
   る駆動電流を制御する後方側制御手段と、 前記後方励起光の光源に対する駆動電流が一定値を越え
   た場合に、前記出力光の量を前記前方励起光の光源に対
   する駆動電流で制御するよう切替えを行う切替え手段と
   を備えていることを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】 前記切替え手段は、前記後方励起光の光
   源に対する駆動電流が一定値を越えて、前記出力光の量
   を前記前方励起光の光源に対する駆動電流で制御を行っ
   た後、該前方励起光の光源に対する駆動電流が一定値よ
   り低くなった場合に、前記後方励起光の光源に対する駆
   動電流で該出力光の量を制御するよう切替えを行うこと
   を特徴とする請求項１記載の光増幅器。
3. 【請求項３】 増幅用光ファイバを中心とした一方側に
   第１の波長多重器、他方側に第２の波長多重器を備え、
   該第１の波長多重器に信号光と前方励起光とを入射して
   該増幅用光ファイバへ伝搬し、該第２の波長多重器に該
   信号光と後方励起光とを入射して出力光を得る光増幅器
   の制御方法であって、 前記後方励起光の光源に対する駆動電流が一定値を越え
   た場合に、前記出力光の量を前記前方励起光の光源に対
   する駆動電流で制御することを特徴とする光増幅器の制
   御方法。
4. 【請求項４】 前記後方励起光の光源に対する駆動電流
   が一定値を越えて、前記出力光の量を前記前方励起光の
   光源に対する駆動電流で制御を行った後、該前方励起光
   の光源に対する駆動電流が一定値より低くなった場合に
   は、前記後方励起光の光源に対する駆動電流で該出力光
   の量を制御することを特徴とする請求項３記載の光増幅
   器の制御方法。