JPH1168204A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH1168204A JPH1168204A JP9218719A JP21871997A JPH1168204A JP H1168204 A JPH1168204 A JP H1168204A JP 9218719 A JP9218719 A JP 9218719A JP 21871997 A JP21871997 A JP 21871997A JP H1168204 A JPH1168204 A JP H1168204A
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- signal light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 所定の信号波長帯域における利得の波長依存
性を低減させ、入力信号光パワーが変化しても、その変
化に応じて波長多重信号光の各波長の出力信号光パワー
が一定になるように制御する。 【解決手段】 組成の異なる複数種類の希土類添加光フ
ァイバによる増幅部を縦続接続し、各増幅部の利得の波
長依存性を打ち消し、かつすべての増幅部の利得を合わ
せた光増幅器全体の利得が所定値になるように、各増幅
部の利得を制御する。
性を低減させ、入力信号光パワーが変化しても、その変
化に応じて波長多重信号光の各波長の出力信号光パワー
が一定になるように制御する。 【解決手段】 組成の異なる複数種類の希土類添加光フ
ァイバによる増幅部を縦続接続し、各増幅部の利得の波
長依存性を打ち消し、かつすべての増幅部の利得を合わ
せた光増幅器全体の利得が所定値になるように、各増幅
部の利得を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長の異なる複数
の光信号を多重して伝送する光ファイバ伝送路と、その
損失を補償する光増幅器とを交互に多段に接続して構成
される光増幅中継波長多重通信システムに用いられる光
増幅器に関する。
の光信号を多重して伝送する光ファイバ伝送路と、その
損失を補償する光増幅器とを交互に多段に接続して構成
される光増幅中継波長多重通信システムに用いられる光
増幅器に関する。
【０００２】特に、各光ファイバ伝送路の損失の差や損
失の変化によって生ずる光増幅器への入力信号光パワー
のばらつきや変動に対して、各波長の出力信号光パワー
を一定に制御する光増幅器に関する。
失の変化によって生ずる光増幅器への入力信号光パワー
のばらつきや変動に対して、各波長の出力信号光パワー
を一定に制御する光増幅器に関する。
【０００３】
【従来の技術】図８は、従来の光増幅器の構成例を示
す。図において、入力端子１から入力された波長多重信
号光は、光アイソレータ４−１を介して合波器７に入力
される。合波器７は、励起光源８から出力される励起光
と信号光を合波して希土類添加光ファイバによる増幅部
５に入力する。増幅部５の出力光は、光アイソレータ４
−２，光カプラ３を介して出力端子２から出力される。
光カプラ３で一部分岐された光は光バンドパスフィルタ
９に入力され、そこで選択された波長λi の信号光が受
光器１０に入力され、電気信号に変換される。この電気
信号は、波長λi の出力信号光パワーに比例した電圧を
示す。制御回路１２は、この受光器１０の出力が常に一
定になるように励起光源８の出力パワーを制御する。
す。図において、入力端子１から入力された波長多重信
号光は、光アイソレータ４−１を介して合波器７に入力
される。合波器７は、励起光源８から出力される励起光
と信号光を合波して希土類添加光ファイバによる増幅部
５に入力する。増幅部５の出力光は、光アイソレータ４
−２，光カプラ３を介して出力端子２から出力される。
光カプラ３で一部分岐された光は光バンドパスフィルタ
９に入力され、そこで選択された波長λi の信号光が受
光器１０に入力され、電気信号に変換される。この電気
信号は、波長λi の出力信号光パワーに比例した電圧を
示す。制御回路１２は、この受光器１０の出力が常に一
定になるように励起光源８の出力パワーを制御する。
【０００４】ここで、図８に示す光増幅器の制御原理と
動作について簡単に説明する。まず、希土類添加光ファ
イバ増幅器の利得とその波長依存性について説明する。
希土類添加光ファイバ増幅器の波長λの信号光の対数利
得Ｇ(λ)は、波長λでの放出断面積および吸収断面積を
σe(λ) ，σa(λ) 、希土類イオン密度をρ、閉じ込め
係数をΓ、希土類イオンのエネルギー準位におけるレー
ザ上準位に励起された規格化イオン密度をＮ2 、その希
土類添加光ファイバ長手方向の平均値（以下、平均上準
位イオン密度という）を＜Ｎ2 ＞、希土類添加光ファイ
バのファイバ長をＬとすると、 Ｇ(λ)＝｛σe(λ)＋σa(λ)｝ρΓ＜Ｎ2＞Ｌ−σa(λ)ρΓＬ (9) で表される。
動作について簡単に説明する。まず、希土類添加光ファ
イバ増幅器の利得とその波長依存性について説明する。
希土類添加光ファイバ増幅器の波長λの信号光の対数利
得Ｇ(λ)は、波長λでの放出断面積および吸収断面積を
σe(λ) ，σa(λ) 、希土類イオン密度をρ、閉じ込め
係数をΓ、希土類イオンのエネルギー準位におけるレー
ザ上準位に励起された規格化イオン密度をＮ2 、その希
土類添加光ファイバ長手方向の平均値（以下、平均上準
位イオン密度という）を＜Ｎ2 ＞、希土類添加光ファイ
バのファイバ長をＬとすると、 Ｇ(λ)＝｛σe(λ)＋σa(λ)｝ρΓ＜Ｎ2＞Ｌ−σa(λ)ρΓＬ (9) で表される。
【０００５】式(9) で、σe(λ),σa(λ),ρ，Γは、光
ファイバにより固有に決定される係数なので、ファイバ
長Ｌを一定にすると、対数利得Ｇ(λ)は平均上準位イオ
ン密度＜Ｎ2 ＞のみによって一意に決定される。
ファイバにより固有に決定される係数なので、ファイバ
長Ｌを一定にすると、対数利得Ｇ(λ)は平均上準位イオ
ン密度＜Ｎ2 ＞のみによって一意に決定される。
【０００６】図８の構成では、光ファイバ伝送路の損失
変動等により１波当たりの入力信号光パワーが変化した
場合に、励起光源８を制御し、波長λi の出力信号光パ
ワーが一定になるように増幅部５の利得を変化させる。
このように利得を変化させると、式(9) により一意に関
係する平均上準位イオン密度＜Ｎ2 ＞が変化し、放出断
面積σe(λ) および吸収断面積σa(λ) も波長依存性を
有しているので、利得の波長依存性が変化することにな
る。このため、波長多重信号光を入力したときに、図８
のように特定の波長の出力信号光パワーが一定になるよ
うに制御すると、利得の波長依存性の変化により他の波
長の出力信号光パワーが変化することになる。
変動等により１波当たりの入力信号光パワーが変化した
場合に、励起光源８を制御し、波長λi の出力信号光パ
ワーが一定になるように増幅部５の利得を変化させる。
このように利得を変化させると、式(9) により一意に関
係する平均上準位イオン密度＜Ｎ2 ＞が変化し、放出断
面積σe(λ) および吸収断面積σa(λ) も波長依存性を
有しているので、利得の波長依存性が変化することにな
る。このため、波長多重信号光を入力したときに、図８
のように特定の波長の出力信号光パワーが一定になるよ
うに制御すると、利得の波長依存性の変化により他の波
長の出力信号光パワーが変化することになる。
【０００７】図９は、図１に示す従来の光増幅器の出力
特性の計算例を示す。ここでは、増幅部５は、1550ｎｍ
近傍で平坦な利得特性を実現できるＡl 共添加Ｅr3+ 光
ファイバとした。この光増幅器に1548〜1558ｎｍの波長
範囲、チャネル間隔１ｎｍの11波の波長多重信号光を入
力し、基準光（波長1553ｎｍ）の出力パワーが常に10dB
ｍになるように制御する。このときの１波当たりの入力
信号光パワーをパラメータとした場合の各波長の出力信
号光パワーを示す。ただし、１波当たりの入力信号光パ
ワーが−15dBｍ／chのときの各波長の出力信号光パワー
の差が最も小さくなるように設定している。
特性の計算例を示す。ここでは、増幅部５は、1550ｎｍ
近傍で平坦な利得特性を実現できるＡl 共添加Ｅr3+ 光
ファイバとした。この光増幅器に1548〜1558ｎｍの波長
範囲、チャネル間隔１ｎｍの11波の波長多重信号光を入
力し、基準光（波長1553ｎｍ）の出力パワーが常に10dB
ｍになるように制御する。このときの１波当たりの入力
信号光パワーをパラメータとした場合の各波長の出力信
号光パワーを示す。ただし、１波当たりの入力信号光パ
ワーが−15dBｍ／chのときの各波長の出力信号光パワー
の差が最も小さくなるように設定している。
【０００８】図９に示すように、入力信号光パワーが変
化した場合に、基準光（波長1553ｎｍ）以外の出力信号
光パワーは大きく変化することがわかる。入力信号光パ
ワーが−30dBｍ／ch〜０dBｍ／chの30dBの範囲におい
て、出力信号光パワーの変化は1558ｎｍで最大３dB程度
あることがわかる。
化した場合に、基準光（波長1553ｎｍ）以外の出力信号
光パワーは大きく変化することがわかる。入力信号光パ
ワーが−30dBｍ／ch〜０dBｍ／chの30dBの範囲におい
て、出力信号光パワーの変化は1558ｎｍで最大３dB程度
あることがわかる。
【０００９】このように、光増幅器の利得に波長依存性
があると、利得の大きい波長では出力信号光パワーが大
きくなり、光ファイバ伝送路で四光波混合や自己位相変
調等の非線形現象を生じて信号が劣化する。また、利得
の小さい波長では出力信号光パワーが小さくなり、次段
の光増幅器では自然放出光の影響が大きくなって信号が
劣化する。
があると、利得の大きい波長では出力信号光パワーが大
きくなり、光ファイバ伝送路で四光波混合や自己位相変
調等の非線形現象を生じて信号が劣化する。また、利得
の小さい波長では出力信号光パワーが小さくなり、次段
の光増幅器では自然放出光の影響が大きくなって信号が
劣化する。
【００１０】また、波長多重信号光の出力パワーを一定
に制御できる光増幅器として、増幅部である希土類添加
光ファイバと光減衰器を縦続接続し、増幅部の利得と光
減衰器の減衰量を制御する光増幅器が提案されている
（S.Kinoshita et al.,"Low-Noise and Wide-Dynamic-R
ange Erbium-Doped Fiber Amplifiers with AutomaticL
evel Control for WDM transmission Systems", Optica
l Amplifiers and their Applications, Technical Dig
est, pp.211-214, 1996) 。
に制御できる光増幅器として、増幅部である希土類添加
光ファイバと光減衰器を縦続接続し、増幅部の利得と光
減衰器の減衰量を制御する光増幅器が提案されている
（S.Kinoshita et al.,"Low-Noise and Wide-Dynamic-R
ange Erbium-Doped Fiber Amplifiers with AutomaticL
evel Control for WDM transmission Systems", Optica
l Amplifiers and their Applications, Technical Dig
est, pp.211-214, 1996) 。
【００１１】これは、増幅部の利得を波長依存性が小さ
くかつ入力信号光パワーによらず一定値になるように制
御し、さらに光増幅器全体の出力信号光パワーを一定に
制御するために、入力信号光パワーに比例した減衰量を
光減衰器で与える構成である。しかし、この構成では光
減衰器を用いて増幅した信号光に損失を与えるので、励
起光源の消費電力が大きくなる問題がある。
くかつ入力信号光パワーによらず一定値になるように制
御し、さらに光増幅器全体の出力信号光パワーを一定に
制御するために、入力信号光パワーに比例した減衰量を
光減衰器で与える構成である。しかし、この構成では光
減衰器を用いて増幅した信号光に損失を与えるので、励
起光源の消費電力が大きくなる問題がある。
【００１２】他に、利得の波長依存性を低減した光増幅
器として、組成の異なる２種類の希土類添加光ファイバ
を接続し、互いの利得の波長依存性を補償する構成が報
告されている（C.G.Giles et al.,"Dynamic Gain Equal
ization in Two-Stage FiberAmplifiers", IEEE Photon
ics Technology Letters, vol.2, no.12, pp.866-868,
1990)。
器として、組成の異なる２種類の希土類添加光ファイバ
を接続し、互いの利得の波長依存性を補償する構成が報
告されている（C.G.Giles et al.,"Dynamic Gain Equal
ization in Two-Stage FiberAmplifiers", IEEE Photon
ics Technology Letters, vol.2, no.12, pp.866-868,
1990)。
【００１３】これは、２波長（λ1 ，λ2 ）の信号光を
入力した場合に、各波長の利得偏差が補償されることに
ついて解析しているが、３波以上の信号光を入力する場
合の制御法については明確になっていない。
入力した場合に、各波長の利得偏差が補償されることに
ついて解析しているが、３波以上の信号光を入力する場
合の制御法については明確になっていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ伝送路の損
失変動や損失のばらつきにより、光増幅器への入力信号
光パワーが変化する。入力信号光パワーが変化するとき
に出力信号光パワーを一定に制御するには、入力信号光
パワーの変化に応じて光増幅器の利得を変化させる必要
がある。しかし、従来構成のように１種類の希土類添加
光ファイバの利得を調整して出力信号光パワーを一定に
制御すると、利得の変化に伴って利得の波長依存性が変
化する。
失変動や損失のばらつきにより、光増幅器への入力信号
光パワーが変化する。入力信号光パワーが変化するとき
に出力信号光パワーを一定に制御するには、入力信号光
パワーの変化に応じて光増幅器の利得を変化させる必要
がある。しかし、従来構成のように１種類の希土類添加
光ファイバの利得を調整して出力信号光パワーを一定に
制御すると、利得の変化に伴って利得の波長依存性が変
化する。
【００１５】本発明は、所定の信号波長帯域における利
得の波長依存性を低減させ、入力信号光パワーが変化し
ても、その変化に応じて波長多重信号光の各波長の出力
信号光パワーが一定になるように制御することができる
光増幅器を提供することを目的とする。
得の波長依存性を低減させ、入力信号光パワーが変化し
ても、その変化に応じて波長多重信号光の各波長の出力
信号光パワーが一定になるように制御することができる
光増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の光増幅器は、組
成の異なる複数種類の希土類添加光ファイバによる増幅
部を縦続接続し、各増幅部の利得の波長依存性を打ち消
し、かつすべての増幅部の利得を合わせた光増幅器全体
の利得が所定値になるように、各増幅部の利得を制御す
る。
成の異なる複数種類の希土類添加光ファイバによる増幅
部を縦続接続し、各増幅部の利得の波長依存性を打ち消
し、かつすべての増幅部の利得を合わせた光増幅器全体
の利得が所定値になるように、各増幅部の利得を制御す
る。
【００１７】（組成の異なる２種類の希土類添加光ファ
イバを用いた構成）まず、組成の異なる２種類の希土類
添加光ファイバによる第１および第２の増幅部を縦続接
続した光増幅器において、各増幅部の利得の制御法につ
いて説明する。
イバを用いた構成）まず、組成の異なる２種類の希土類
添加光ファイバによる第１および第２の増幅部を縦続接
続した光増幅器において、各増幅部の利得の制御法につ
いて説明する。
【００１８】式(9) に示す希土類添加光ファイバの利得
特性について、基準波長λ0 近傍で波長に関して一次近
似すると、 Ｇ(λ)＝｛σe(λ)＋σa(λ)｝ρΓ＜Ｎ2＞Ｌ−σa(λ)ρΓＬ ≒(αＧ0＋β)(λ−λ0)＋Ｇ0 (10) となる。ここで、Ｇ0 ，α，βは、
特性について、基準波長λ0 近傍で波長に関して一次近
似すると、 Ｇ(λ)＝｛σe(λ)＋σa(λ)｝ρΓ＜Ｎ2＞Ｌ−σa(λ)ρΓＬ ≒(αＧ0＋β)(λ−λ0)＋Ｇ0 (10) となる。ここで、Ｇ0 ，α，βは、
【００１９】
【数５】
【００２０】と表される。式(10)より、利得を波長の一
次関数で近似すると、波長の一次の係数部分、すなわち
利得の傾きは基準波長λ0 での利得Ｇ0 の一次関数で表
すことができる。第１および第２の増幅部の利得Ｇ
1(λ) 、Ｇ2(λ) は、式(10)の関係を用いると、 Ｇ1(λ)≒(α1Ｇ01＋β1)(λ−λ0)＋Ｇ01 (15) Ｇ2(λ)≒(α2Ｇ02＋β2)(λ−λ0)＋Ｇ02 (16) と表される。ここで、添字１，２は、それぞれ第１およ
び第２の増幅部に対応する。
次関数で近似すると、波長の一次の係数部分、すなわち
利得の傾きは基準波長λ0 での利得Ｇ0 の一次関数で表
すことができる。第１および第２の増幅部の利得Ｇ
1(λ) 、Ｇ2(λ) は、式(10)の関係を用いると、 Ｇ1(λ)≒(α1Ｇ01＋β1)(λ−λ0)＋Ｇ01 (15) Ｇ2(λ)≒(α2Ｇ02＋β2)(λ−λ0)＋Ｇ02 (16) と表される。ここで、添字１，２は、それぞれ第１およ
び第２の増幅部に対応する。
【００２１】第１および第２の増幅部の利得を合わせた
光増幅器全体の利得Ｇt(λ) は、式(15),(16) に示す第
１および第２の増幅部の利得の和として Ｇt(λ)＝Ｇ1(λ)＋Ｇ2(λ) ≒｛(α1Ｇ01＋β1)＋(α2Ｇ02＋β2)｝(λ−λ0)＋Ｇ01＋Ｇ02 (17) と表される。
光増幅器全体の利得Ｇt(λ) は、式(15),(16) に示す第
１および第２の増幅部の利得の和として Ｇt(λ)＝Ｇ1(λ)＋Ｇ2(λ) ≒｛(α1Ｇ01＋β1)＋(α2Ｇ02＋β2)｝(λ−λ0)＋Ｇ01＋Ｇ02 (17) と表される。
【００２２】利得の波長依存性がなく平坦な利得特性が
得られ、かつ所定の利得を得るためには、式(17)に示す
光増幅器全体の利得Ｇt(λ) の波長λにかかる係数部分
が常に０になるようにすればよい。その条件は、 (α1Ｇ01＋β1)＋(α2Ｇ02＋β2)＝０ (18) であり、そのとき光増幅器全体の利得Ｇt は、 Ｇt ＝Ｇ01＋Ｇ02 (19) となる。式(18)で左辺のそれぞれの括弧内は、第１およ
び第２の増幅部の利得の傾きを表している。また、式(1
8)の係数α1 ，β1 ，α2 ，β2 は、基準波長λ 0 の利
得に対する利得の波長依存性を実験的に測定することに
より求めることができ、希土類添加光ファイバによって
固有に決まる係数である。
得られ、かつ所定の利得を得るためには、式(17)に示す
光増幅器全体の利得Ｇt(λ) の波長λにかかる係数部分
が常に０になるようにすればよい。その条件は、 (α1Ｇ01＋β1)＋(α2Ｇ02＋β2)＝０ (18) であり、そのとき光増幅器全体の利得Ｇt は、 Ｇt ＝Ｇ01＋Ｇ02 (19) となる。式(18)で左辺のそれぞれの括弧内は、第１およ
び第２の増幅部の利得の傾きを表している。また、式(1
8)の係数α1 ，β1 ，α2 ，β2 は、基準波長λ 0 の利
得に対する利得の波長依存性を実験的に測定することに
より求めることができ、希土類添加光ファイバによって
固有に決まる係数である。
【００２３】一方、基準波長λ0 の信号光の入力信号光
パワーをＰin0 とし、出力信号光パワーをＰout0で一定
となるように制御した場合に、光増幅器全体で必要とな
る利得Ｇt は、 Ｇt ＝log[Ｐout0／Ｐin0] (20) と表される。
パワーをＰin0 とし、出力信号光パワーをＰout0で一定
となるように制御した場合に、光増幅器全体で必要とな
る利得Ｇt は、 Ｇt ＝log[Ｐout0／Ｐin0] (20) と表される。
【００２４】したがって、第１および第２の増幅部の利
得Ｇ01，Ｇ02は、係数α1 ，β1 ，α2 ，β2 と、制御
目標の出力信号光パワーＰout0を与えると式(18)〜(20)
から
得Ｇ01，Ｇ02は、係数α1 ，β1 ，α2 ，β2 と、制御
目標の出力信号光パワーＰout0を与えると式(18)〜(20)
から
【００２５】
【数６】
【００２６】のように求めることができる。これは、入
力信号光パワーＰin0 のみに依存することがわかる。す
なわち、式(21),(22) に従い、入力信号光パワーＰin0
に応じて第１および第２の増幅部の利得を調整すること
により、入力信号光パワーの変化に対する出力信号光パ
ワーの変化が少ない光増幅器を実現することができる。
力信号光パワーＰin0 のみに依存することがわかる。す
なわち、式(21),(22) に従い、入力信号光パワーＰin0
に応じて第１および第２の増幅部の利得を調整すること
により、入力信号光パワーの変化に対する出力信号光パ
ワーの変化が少ない光増幅器を実現することができる。
【００２７】以上をまとめると、第１および第２の増幅
部の利得を式(21),(22) に従って制御することにより、
第１の増幅部で生じた利得の傾きを利得特性が異なる第
２の増幅部で打ち消し、かつ第１および第２の増幅部を
合わせた利得を所定値に制御することができる。これに
より、波長多重信号光の入力信号光パワーが変化した場
合でも、波長多重信号光の出力信号光パワーの変化を抑
圧することができる。
部の利得を式(21),(22) に従って制御することにより、
第１の増幅部で生じた利得の傾きを利得特性が異なる第
２の増幅部で打ち消し、かつ第１および第２の増幅部を
合わせた利得を所定値に制御することができる。これに
より、波長多重信号光の入力信号光パワーが変化した場
合でも、波長多重信号光の出力信号光パワーの変化を抑
圧することができる。
【００２８】（組成の異なるｎ種類の希土類添加光ファ
イバを用いた構成）上述した組成の異なる２種類の希土
類添加光ファイバによる第１および第２の増幅部を縦続
接続した光増幅器の制御法を一般化し、組成の異なるｎ
種類の希土類添加光ファイバによる第１〜第ｎの増幅部
を縦続接続した光増幅器について、各増幅部の利得の制
御法について説明する。
イバを用いた構成）上述した組成の異なる２種類の希土
類添加光ファイバによる第１および第２の増幅部を縦続
接続した光増幅器の制御法を一般化し、組成の異なるｎ
種類の希土類添加光ファイバによる第１〜第ｎの増幅部
を縦続接続した光増幅器について、各増幅部の利得の制
御法について説明する。
【００２９】第１〜第ｎの増幅部の中で、第ｊの増幅部
の利得の波長依存性を波長λの羃乗で展開すると、 Ｇj(λ)＝Ｇ0j＋(α1jＧ0j＋β1j)(λ−λ0)＋(α2jＧ0j＋β2j)(λ−λ0)2 ＋…＋(αijＧ0j＋βij)(λ−λ0)i ＋…＋(α(n-1)jＧ0j＋β(n-1)j)(λ−λ0)(n-1) (23) となる。ここで、Ｇ0jは第ｊの増幅部の基準波長λ0 に
おける利得であり、αij，βijは第ｊの増幅部の利得の
波長依存性を波長λの羃乗で展開したときのλiの係数
であり、
の利得の波長依存性を波長λの羃乗で展開すると、 Ｇj(λ)＝Ｇ0j＋(α1jＧ0j＋β1j)(λ−λ0)＋(α2jＧ0j＋β2j)(λ−λ0)2 ＋…＋(αijＧ0j＋βij)(λ−λ0)i ＋…＋(α(n-1)jＧ0j＋β(n-1)j)(λ−λ0)(n-1) (23) となる。ここで、Ｇ0jは第ｊの増幅部の基準波長λ0 に
おける利得であり、αij，βijは第ｊの増幅部の利得の
波長依存性を波長λの羃乗で展開したときのλiの係数
であり、
【００３０】
【数７】
【００３１】と表される。第１〜第ｎの増幅部の利得を
合わせた光増幅器全体の利得Ｇt は、
合わせた光増幅器全体の利得Ｇt は、
【００３２】
【数８】
【００３３】と表される。この光増幅器全体の利得Ｇt
が波長依存性をもたないためには、第１〜第ｎの増幅部
のλ1 〜λn の係数の和が常に０になる必要がある。そ
の条件は、式(23)におけるｉが１〜（ｎ−１）の範囲で
が波長依存性をもたないためには、第１〜第ｎの増幅部
のλ1 〜λn の係数の和が常に０になる必要がある。そ
の条件は、式(23)におけるｉが１〜（ｎ−１）の範囲で
【００３４】
【数９】
【００３５】であり、そのとき光増幅器全体の利得Ｇt
は、
は、
【００３６】
【数１０】
【００３７】となる。ここで、式(29),(30) を行列形式
に書き直すと、
に書き直すと、
【００３８】
【数１１】
【００３９】と表すことができる。したがって、第１〜
第ｎの増幅部の利得は式(31)から
第ｎの増幅部の利得は式(31)から
【００４０】
【数１２】
【００４１】のように求めることができる。この式(34)
に従い、入力信号光パワーＰin0 に応じて第１〜第ｎの
増幅部の利得を調整することにより、出力信号光パワー
の偏差がなく、かつ入力信号光パワーの変化に対する出
力信号光パワーの変化が少ない光増幅器を実現すること
ができる。
に従い、入力信号光パワーＰin0 に応じて第１〜第ｎの
増幅部の利得を調整することにより、出力信号光パワー
の偏差がなく、かつ入力信号光パワーの変化に対する出
力信号光パワーの変化が少ない光増幅器を実現すること
ができる。
【００４２】（波長多重信号光の各波長の信号光パワー
に偏差がある場合の対応）波長多重信号光の各波長の信
号光パワーの偏差を一定に保ちながら、入力信号光パワ
ーの変化に対する出力信号光パワーの変化を抑圧するに
は、式(30)の増幅部全体の利得を波長λの羃乗で展開し
たときの係数が０ではなく、一定の値δになればよい。
すなわち、式(34)は、
に偏差がある場合の対応）波長多重信号光の各波長の信
号光パワーの偏差を一定に保ちながら、入力信号光パワ
ーの変化に対する出力信号光パワーの変化を抑圧するに
は、式(30)の増幅部全体の利得を波長λの羃乗で展開し
たときの係数が０ではなく、一定の値δになればよい。
すなわち、式(34)は、
【００４３】
【数１３】
【００４４】となる。この式(35)に従って各増幅部の利
得を制御すると、利得の波長依存性は存在するが、入力
信号光パワーが変化した場合でも各波長の出力信号光パ
ワーは変化しない光増幅器を実現することができる。ま
た、入力信号光パワーに波長依存性がある場合には、式
(35)でその逆特性をもつようなδを設定すれば、各波長
の出力信号光パワーの偏差を抑えることができる。
得を制御すると、利得の波長依存性は存在するが、入力
信号光パワーが変化した場合でも各波長の出力信号光パ
ワーは変化しない光増幅器を実現することができる。ま
た、入力信号光パワーに波長依存性がある場合には、式
(35)でその逆特性をもつようなδを設定すれば、各波長
の出力信号光パワーの偏差を抑えることができる。
【００４５】以上のように、式(35)に従い、光増幅器を
構成する複数の増幅部の利得を制御することにより、波
長多重信号光の各波長の信号光パワーの偏差を抑えるこ
とができ、非線形光学効果等による信号の劣化を抑えた
波長多重伝送システムを構成することができる。
構成する複数の増幅部の利得を制御することにより、波
長多重信号光の各波長の信号光パワーの偏差を抑えるこ
とができ、非線形光学効果等による信号の劣化を抑えた
波長多重伝送システムを構成することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の光増幅器の実施
形態を示す。本実施形態は、組成の異なる２種類の希土
類添加光ファイバによる第１および第２の増幅部を縦続
接続したものである。
形態を示す。本実施形態は、組成の異なる２種類の希土
類添加光ファイバによる第１および第２の増幅部を縦続
接続したものである。
【００４７】図において、入力端子１から入力された波
長多重信号光は、光カプラ３−１，光アイソレータ４−
１を介して合波器７に入力される。合波器７−１は、励
起光源８−１から出力される励起光と信号光を合波して
第１の増幅部５に入力する。第１の増幅部５の出力光
は、光カプラ３−２，光アイソレータ４−２を介して第
２の増幅部６に入力される。
長多重信号光は、光カプラ３−１，光アイソレータ４−
１を介して合波器７に入力される。合波器７−１は、励
起光源８−１から出力される励起光と信号光を合波して
第１の増幅部５に入力する。第１の増幅部５の出力光
は、光カプラ３−２，光アイソレータ４−２を介して第
２の増幅部６に入力される。
【００４８】光カプラ３−１で一部分岐された光は光バ
ンドパスフィルタ９−１に入力され、そこで選択された
基準波長λ0 の信号光が受光器１０−１に入力され、電
気信号に変換される。また、光カプラ３−２で一部分岐
された光は光バンドパスフィルタ９−２に入力され、そ
こで選択された基準波長λ0 の信号光が受光器１０−２
に入力され、電気信号に変換される。それぞれの電気信
号は、基準波長λ0 の出力信号光パワーに比例した電圧
を示す。制御回路１１は、受光器１０−１，１０−２か
ら出力される電気信号を入力し、式(21)に従って励起光
源８−１の出力パワーを制御する。具体的には、基準波
長λ0 の入力信号光パワー（受光器１０−１の出力）
と、第１の増幅部５における基準波長λ0 の対数利得
（受光器１０−１，１０−２の出力比）をもとに、式(3
5)に従って第１の増幅部５の対数利得の制御目標を求
め、両者の誤差が小さくなるように励起光源８−１の出
力パワーを制御する。
ンドパスフィルタ９−１に入力され、そこで選択された
基準波長λ0 の信号光が受光器１０−１に入力され、電
気信号に変換される。また、光カプラ３−２で一部分岐
された光は光バンドパスフィルタ９−２に入力され、そ
こで選択された基準波長λ0 の信号光が受光器１０−２
に入力され、電気信号に変換される。それぞれの電気信
号は、基準波長λ0 の出力信号光パワーに比例した電圧
を示す。制御回路１１は、受光器１０−１，１０−２か
ら出力される電気信号を入力し、式(21)に従って励起光
源８−１の出力パワーを制御する。具体的には、基準波
長λ0 の入力信号光パワー（受光器１０−１の出力）
と、第１の増幅部５における基準波長λ0 の対数利得
（受光器１０−１，１０−２の出力比）をもとに、式(3
5)に従って第１の増幅部５の対数利得の制御目標を求
め、両者の誤差が小さくなるように励起光源８−１の出
力パワーを制御する。
【００４９】第２の増幅部６の出力光は、合波器７−
２，光アイソレータ４−３，光カプラ３−３を介して出
力端子２から出力される。合波器７−２は、励起光源８
−２から出力される励起光を第２の増幅部６に入力す
る。光カプラ３−３で一部分岐された光は光バンドパス
フィルタ９−３に入力され、そこで選択された基準波長
λ 0 の信号光が受光器１０−３に入力され、電気信号に
変換される。この電気信号は、波長λ0 の出力信号光パ
ワーに比例した電圧を示す。制御回路１２は、この受光
器１０−３の出力が常に一定になるように励起光源８−
２の出力パワーを制御する。
２，光アイソレータ４−３，光カプラ３−３を介して出
力端子２から出力される。合波器７−２は、励起光源８
−２から出力される励起光を第２の増幅部６に入力す
る。光カプラ３−３で一部分岐された光は光バンドパス
フィルタ９−３に入力され、そこで選択された基準波長
λ 0 の信号光が受光器１０−３に入力され、電気信号に
変換される。この電気信号は、波長λ0 の出力信号光パ
ワーに比例した電圧を示す。制御回路１２は、この受光
器１０−３の出力が常に一定になるように励起光源８−
２の出力パワーを制御する。
【００５０】ここで、第１の増幅部５の利得を式(21)に
従って制御し、第２の増幅部６を式(19),(22) に従って
基準波長λ0 の出力信号光パワーを一定に制御すると、
平坦な利得特性を得ることができる。なお、第２の増幅
部６についても、第１の増幅部５と同様に利得を制御す
るようにしてもよい。
従って制御し、第２の増幅部６を式(19),(22) に従って
基準波長λ0 の出力信号光パワーを一定に制御すると、
平坦な利得特性を得ることができる。なお、第２の増幅
部６についても、第１の増幅部５と同様に利得を制御す
るようにしてもよい。
【００５１】以下、第１の増幅部５として従来例と同じ
Ａl 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバを用い、第２の増幅部
６としてＧe 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバを用いた場合
のシミュレーション結果について説明する。
Ａl 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバを用い、第２の増幅部
６としてＧe 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバを用いた場合
のシミュレーション結果について説明する。
【００５２】まず、式(21),(22) に従って制御に必要な
係数α，βを求める。係数α，βは、式(12),(13) に示
すように吸収・放出断面積とその波長微分係数で表され
る。しかし、実際に実験的に求めるときには吸収・放出
断面積を測定するのではなく、式(10)に示す利得の波長
依存性の傾きから係数α，βを求める。その方法を次に
説明する。
係数α，βを求める。係数α，βは、式(12),(13) に示
すように吸収・放出断面積とその波長微分係数で表され
る。しかし、実際に実験的に求めるときには吸収・放出
断面積を測定するのではなく、式(10)に示す利得の波長
依存性の傾きから係数α，βを求める。その方法を次に
説明する。
【００５３】図２，図３は、波長1548ｎｍ〜1558ｎｍの
範囲における第１の増幅部５および第２の増幅部６の単
位長さ当たりの利得特性を示す。ここでは、平均上準位
イオン密度＜Ｎ2 ＞をパラメータとしている。すなわ
ち、平均上準位イオン密度に応じて利得の波長依存性の
傾きが異なる。
範囲における第１の増幅部５および第２の増幅部６の単
位長さ当たりの利得特性を示す。ここでは、平均上準位
イオン密度＜Ｎ2 ＞をパラメータとしている。すなわ
ち、平均上準位イオン密度に応じて利得の波長依存性の
傾きが異なる。
【００５４】図４，図５は、図２，３に示す利得の波長
依存性より求めた第１の増幅部５および第２の増幅部６
の利得に対する利得の傾きを示す。ここでは、基準波長
1553ｎｍにおける単位長さ当たりの利得とその傾きを示
す。図４，５に示すように、第１の増幅部５および第２
の増幅部６ともに、式(10)に示すように利得の傾きは基
準波長での利得の一次関数で表されることがわかる。こ
の傾きと切片により、係数α，βを決定することができ
る。
依存性より求めた第１の増幅部５および第２の増幅部６
の利得に対する利得の傾きを示す。ここでは、基準波長
1553ｎｍにおける単位長さ当たりの利得とその傾きを示
す。図４，５に示すように、第１の増幅部５および第２
の増幅部６ともに、式(10)に示すように利得の傾きは基
準波長での利得の一次関数で表されることがわかる。こ
の傾きと切片により、係数α，βを決定することができ
る。
【００５５】図４，５より求めた係数α，βは次の通り
である。 第１の増幅部５（Ａl 共添加Ｅr3+ 添加光ファイ
バ） α1 ＝−0.0180 [1/ｎｍ] β1 ＝ 0.0315 [dB/ｍ/ｎｍ] 第２の増幅部６（Ｇe 共添加Ｅr3+ 添加光ファイ
バ） α2 ＝−0.0781 [1/ｎｍ] β2 ＝ 0.0192 [dB/ｍ/ｎｍ]
である。 第１の増幅部５（Ａl 共添加Ｅr3+ 添加光ファイ
バ） α1 ＝−0.0180 [1/ｎｍ] β1 ＝ 0.0315 [dB/ｍ/ｎｍ] 第２の増幅部６（Ｇe 共添加Ｅr3+ 添加光ファイ
バ） α2 ＝−0.0781 [1/ｎｍ] β2 ＝ 0.0192 [dB/ｍ/ｎｍ]
【００５６】これらの係数α，βを用い、式(21),(22)
より求めた出力信号光パワーが一定になるために必要と
なる光増幅器全体の利得に対して、平坦な利得特性を得
るための第１および第２の増幅部の利得を図６に示す。
第１および第２の増幅部のファイバ長をそれぞれ18ｍ，
５ｍとした。実線は第１の増幅部の利得、破線は第２の
増幅部の利得を示す。この図６に示す値に従って各増幅
部を制御することにより、平坦な利得特性を実現するこ
とができる。
より求めた出力信号光パワーが一定になるために必要と
なる光増幅器全体の利得に対して、平坦な利得特性を得
るための第１および第２の増幅部の利得を図６に示す。
第１および第２の増幅部のファイバ長をそれぞれ18ｍ，
５ｍとした。実線は第１の増幅部の利得、破線は第２の
増幅部の利得を示す。この図６に示す値に従って各増幅
部を制御することにより、平坦な利得特性を実現するこ
とができる。
【００５７】図７は、実施形態の光増幅器の出力特性の
計算例を示す。ここでは、光増幅器に1548〜1558ｎｍの
波長範囲、チャネル間隔１ｎｍの11波の波長多重信号光
を入力し、基準光（波長1553ｎｍ）の出力パワーが常に
10dBｍになるように制御する。このときの１波当たりの
入力信号光パワーをパラメータとした場合の各波長の出
力信号光パワーを示す。
計算例を示す。ここでは、光増幅器に1548〜1558ｎｍの
波長範囲、チャネル間隔１ｎｍの11波の波長多重信号光
を入力し、基準光（波長1553ｎｍ）の出力パワーが常に
10dBｍになるように制御する。このときの１波当たりの
入力信号光パワーをパラメータとした場合の各波長の出
力信号光パワーを示す。
【００５８】図７に示すように、入力信号光パワーが−
30dBｍ／ch〜０dBｍ／chの30dBの範囲において、利得の
波長依存性は 0.9dB以内であり、出力信号光パワーの変
化は1558ｎｍで最大 0.7dB程度となる。図９に示す従来
の光増幅器と比較すると、広範囲の入力信号光パワーに
対して平坦な出力特性を維持していることがわかる。
30dBｍ／ch〜０dBｍ／chの30dBの範囲において、利得の
波長依存性は 0.9dB以内であり、出力信号光パワーの変
化は1558ｎｍで最大 0.7dB程度となる。図９に示す従来
の光増幅器と比較すると、広範囲の入力信号光パワーに
対して平坦な出力特性を維持していることがわかる。
【００５９】本実施形態の説明では、第１および第２の
増幅部としてＡl 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバおよびＧ
e 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバを用いた例を示したが、
第１および第２の増幅部で組成が異なり、利得の波長依
存性が異なる希土類添加光ファイバであれば他の組成の
ものでもよい。また、増幅部が３種類以上の場合につい
ても、本実施形態と同様に一定の出力信号光パワーを得
ることができる。
増幅部としてＡl 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバおよびＧ
e 共添加Ｅr3+ 添加光ファイバを用いた例を示したが、
第１および第２の増幅部で組成が異なり、利得の波長依
存性が異なる希土類添加光ファイバであれば他の組成の
ものでもよい。また、増幅部が３種類以上の場合につい
ても、本実施形態と同様に一定の出力信号光パワーを得
ることができる。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
は、組成の異なる複数種類の希土類添加光ファイバによ
る増幅部を縦続接続し、各増幅部の利得の波長依存性を
打ち消し、かつすべての増幅部の利得を合わせた光増幅
器全体の利得が所定値になるように、各増幅部の利得を
制御する。これにより、波長多重信号光の入力信号光パ
ワーが変化した場合でも、波長多重信号光の出力信号光
パワーの変化を抑圧することができる。
は、組成の異なる複数種類の希土類添加光ファイバによ
る増幅部を縦続接続し、各増幅部の利得の波長依存性を
打ち消し、かつすべての増幅部の利得を合わせた光増幅
器全体の利得が所定値になるように、各増幅部の利得を
制御する。これにより、波長多重信号光の入力信号光パ
ワーが変化した場合でも、波長多重信号光の出力信号光
パワーの変化を抑圧することができる。
【図１】本発明の光増幅器の実施形態を示す図。
【図２】第１の増幅部５の単位長さ当たりの利得特性を
示す図。
示す図。
【図３】第２の増幅部６の単位長さ当たりの利得特性を
示す図。
示す図。
【図４】第１の増幅部５の利得に対する利得の傾きを示
す図。
す図。
【図５】第２の増幅部６の利得に対する利得の傾きを示
す図。
す図。
【図６】光増幅器全体の利得に対する第１および第２の
増幅部の利得を示す図。
増幅部の利得を示す図。
【図７】実施形態の光増幅器の出力特性の計算例を示す
図。
図。
【図８】従来の光増幅器の構成例を示す図。
【図９】従来の光増幅器の出力特性の計算例を示す図。
１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ 光カプラ ４ 光アイソレータ ５ 第１の増幅部 ６ 第２の増幅部 ７ 合波器 ８ 励起光源 ９ 光バンドパスフィルタ １０ 受光器 １１，１２ 制御回路
Claims (4)
- 【請求項１】 組成が異なるｎ種類（ｎは２以上の整
数）の希土類添加光ファイバによる第１〜第ｎの増幅部
と、 前記第１〜第ｎの増幅部をそれぞれ励起する励起光を発
生する第１〜第ｎの励起光源と、 前記各励起光を前記第１〜第ｎの増幅部にそれぞれ入力
する励起光入力手段とを備え、 前記第１〜第ｎの増幅部を縦続に接続して構成される光
増幅器において、 第ｊの増幅部の対数利得Ｇj(λ) を波長λの羃乗で展開
して Ｇj(λ)＝Ｇ0j＋(α1jＧ0j＋β1j)(λ−λ0)＋(α2jＧ0j＋β2j)(λ−λ0)2 ＋…＋(αijＧ0j＋βij)(λ−λ0)i ＋…＋(α(n-1)jＧ0j＋β(n-1)j)(λ−λ0)(n-1) (1) と表し、Ｇ0jを基準波長λ0 における第ｊの増幅部の対
数利得、αijおよびβijをλi の係数としたときに、 【数１】 とし、さらに基準波長λ0 の信号光の入力信号光パワー
をＰin0 、その出力信号光パワーをＰout0とし、光増幅
器全体の対数利得Ｇt を Ｇt ＝log[Ｐout0／Ｐin0] (4) としたときに、前記第１〜第ｎの増幅部の対数利得Ｇ01
〜Ｇ0nが 【数２】 で与えられる値になるように前記第１〜第ｎの励起光源
を制御する制御手段を備えたことを特徴とする光増幅
器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光増幅器の利得の波長
依存性に応じて、各増幅部対応に定数δ1 〜δ(n-1) を
設定したときに、第１〜第ｎの増幅部の対数利得Ｇ01〜
Ｇ0nが 【数３】 で与えられる値になるように第１〜第ｎの励起光源を制
御する制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の光増幅
器において、 制御手段は、基準波長λ0 の入力信号光パワーＰin
0 と、第１〜第ｎの増幅部の対数利得Ｇ01〜Ｇ0nを監視
し、それに応じて第１〜第ｎの励起光源を制御する構成
であることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項４】 請求項１に記載の光増幅器において、 ｎ＝２としたときに、基準波長λ0 の入力信号光パワー
Ｐin0 と、第１および第２の増幅部の対数利得Ｇ01，Ｇ
02を監視し、それに応じて第１および第２の増幅部の対
数利得Ｇ01，Ｇ02が 【数４】 で与えられる値になるように前記第１および第２の励起
光源を制御する制御手段を備えたことを特徴とする光増
幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9218719A JPH1168204A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9218719A JPH1168204A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168204A true JPH1168204A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16724374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9218719A Pending JPH1168204A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1168204A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6658211B1 (en) | 1999-06-28 | 2003-12-02 | Nec Corporation | Optical signal repeater and output level control method used in this repeater |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP9218719A patent/JPH1168204A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6658211B1 (en) | 1999-06-28 | 2003-12-02 | Nec Corporation | Optical signal repeater and output level control method used in this repeater |
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