JP3421182B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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Classifications
-
- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅器
に関し、特に、その出力信号または利得の制御に関する
ものである。
に関し、特に、その出力信号または利得の制御に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ増幅器は、励起光により、基
底準位にあるエルビウム等の不純物中の電子を基底準位
→励起準位→上準位へと遷移させ、上準位に電子を蓄積
させておき、基底準位と上準位のエネルギー準位を持つ
入力信号光が入射すると、上準位の電子が基底準位に緩
和して光が出力されて、入力信号光を増幅するものであ
る。図２は、従来の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、励起レーザダイオード（以
下、励起ＬＤと呼ぶ）１による波長λp の励起光を光フ
ァイバ２に入力すると共に、波長λ s の入力信号光を光
ファイバ５に入力して、波長多重器（以下、ＷＤＭカプ
ラと呼ぶ）３で励起光と入力信号光とを合波する。ＷＤ
Ｍカプラ３で合波された励起光と入力信号光は、光増幅
ファイバ４に入力される。光増幅ファイバ４は、励起光
により上準位にイオンを蓄積し、入力信号光により、上
準位に蓄積されていた電子は基底準位に落ちて、入力信
号光と同じ波長の位相の揃った光を出力して入力信号光
を光増幅する。光増幅ファイバ４の出力光は、２分岐カ
プラ６により分岐されて、光検出器（以下、ＰＤと呼
ぶ）８と出力ファイバ７にそれぞれ出力される。出力フ
ァイバ７からは、波長λs の増幅信号光が出力される。
底準位にあるエルビウム等の不純物中の電子を基底準位
→励起準位→上準位へと遷移させ、上準位に電子を蓄積
させておき、基底準位と上準位のエネルギー準位を持つ
入力信号光が入射すると、上準位の電子が基底準位に緩
和して光が出力されて、入力信号光を増幅するものであ
る。図２は、従来の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、励起レーザダイオード（以
下、励起ＬＤと呼ぶ）１による波長λp の励起光を光フ
ァイバ２に入力すると共に、波長λ s の入力信号光を光
ファイバ５に入力して、波長多重器（以下、ＷＤＭカプ
ラと呼ぶ）３で励起光と入力信号光とを合波する。ＷＤ
Ｍカプラ３で合波された励起光と入力信号光は、光増幅
ファイバ４に入力される。光増幅ファイバ４は、励起光
により上準位にイオンを蓄積し、入力信号光により、上
準位に蓄積されていた電子は基底準位に落ちて、入力信
号光と同じ波長の位相の揃った光を出力して入力信号光
を光増幅する。光増幅ファイバ４の出力光は、２分岐カ
プラ６により分岐されて、光検出器（以下、ＰＤと呼
ぶ）８と出力ファイバ７にそれぞれ出力される。出力フ
ァイバ７からは、波長λs の増幅信号光が出力される。
【０００３】一方、ＰＤ８に入力された光パワーは、電
気信号に変換されて減算器１０に入力される。減算器１
０により、電気信号に変換された値から参照値回路９に
保持された出力パワーが所望の値となるように設定され
た所定の値とを差し引いて、ドライバ１１に入力され
る。ドライバ１１で、減算器１０の出力値を増幅して、
励起ＬＤ１への負帰還利得を与える。つまり、増幅され
た光パワーが所望のパワーよりも小さい時は、励起ＬＤ
１により励起光のパワーを大きくして、光増幅ファイバ
４における、上準位に存在するイオンの数が増加し、所
望のパワーよりも大きい時は、励起ＬＤ１により励起光
のパワーを小さくして、光増幅ファイバ４における、上
準位に存在するイオンの数を減少させて光利得を制御す
る。
気信号に変換されて減算器１０に入力される。減算器１
０により、電気信号に変換された値から参照値回路９に
保持された出力パワーが所望の値となるように設定され
た所定の値とを差し引いて、ドライバ１１に入力され
る。ドライバ１１で、減算器１０の出力値を増幅して、
励起ＬＤ１への負帰還利得を与える。つまり、増幅され
た光パワーが所望のパワーよりも小さい時は、励起ＬＤ
１により励起光のパワーを大きくして、光増幅ファイバ
４における、上準位に存在するイオンの数が増加し、所
望のパワーよりも大きい時は、励起ＬＤ１により励起光
のパワーを小さくして、光増幅ファイバ４における、上
準位に存在するイオンの数を減少させて光利得を制御す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバ増幅器は、以下の課題があった。図３（ａ）
〜（ｃ）は、光サージ発生のメカニズムを示す図であ
り、特に同図（ａ）は励起ＬＤ光パワーと光利得との関
係を示す図、同図（ｂ）は入力信号光を示す図、同図
（ｃ）は出力光を示す図である。上述したように、従来
の光ファイバ増幅器は、上準位から基底準位に落ちるこ
とによって、光増幅するものであり、光利得は、光増幅
ファイバ長、励起光パワー、入力信号光パワー等によっ
て決まる。また、図３（ａ）に示すように、入力信号光
が０の場合は最大利得を示し、入力信号光パワーにより
利得飽和を起こし、利得が下がる。図３（ａ）中のＧ1
は入力信号パワーＰs のＰout ＝Ｐs ×Ｇ1 となる制御
を行っている場合の、動作点における利得であり、Ｇ2
は完全反転状態で、入力信号光＝０、最大励起パワー時
の最大利得である。ＸはＧ2 とＧ1 との利得の差であ
る。
光ファイバ増幅器は、以下の課題があった。図３（ａ）
〜（ｃ）は、光サージ発生のメカニズムを示す図であ
り、特に同図（ａ）は励起ＬＤ光パワーと光利得との関
係を示す図、同図（ｂ）は入力信号光を示す図、同図
（ｃ）は出力光を示す図である。上述したように、従来
の光ファイバ増幅器は、上準位から基底準位に落ちるこ
とによって、光増幅するものであり、光利得は、光増幅
ファイバ長、励起光パワー、入力信号光パワー等によっ
て決まる。また、図３（ａ）に示すように、入力信号光
が０の場合は最大利得を示し、入力信号光パワーにより
利得飽和を起こし、利得が下がる。図３（ａ）中のＧ1
は入力信号パワーＰs のＰout ＝Ｐs ×Ｇ1 となる制御
を行っている場合の、動作点における利得であり、Ｇ2
は完全反転状態で、入力信号光＝０、最大励起パワー時
の最大利得である。ＸはＧ2 とＧ1 との利得の差であ
る。
【０００５】従来の光ファイバ増幅器は、上述したよう
に、信号成分の強い（弱い）を検出して、励起ＬＤ１が
出力する波長λ p の励起光のパワーを減（増）して利得
制御しているため、波長λ s の入力信号光が断（０．１
ｍｓ以上、入力光が無い状態をいう）になったり、入力
信号光が動作範囲以下のパワーに一定時間以上保持され
ると、上記帰還動作により、最大励起パワーとなり、光
利得が図３（ａ）の右矢印に示すように最大利得Ｇ2 と
なる。その後、図３（ｂ）に示すように、パワーＰs の
入力信号光が復帰すると、その最大利得Ｇ2 で波長λ s
の入力信号光が増幅されるため、図３（ｃ）に示すよう
に、光出力先頭部に巨大な光ピーク（Ｇ2 ×Ｐs ）をも
つ光サージが発生することがある。これにより、下流の
光ファイバ増幅器や光デバイス等の光学的破壊の原因に
なったり、特性劣化に至る可能性があることが指摘され
ており、光サージ低減の光ファイバ増幅器の利得制御方
法が求められていた。
に、信号成分の強い（弱い）を検出して、励起ＬＤ１が
出力する波長λ p の励起光のパワーを減（増）して利得
制御しているため、波長λ s の入力信号光が断（０．１
ｍｓ以上、入力光が無い状態をいう）になったり、入力
信号光が動作範囲以下のパワーに一定時間以上保持され
ると、上記帰還動作により、最大励起パワーとなり、光
利得が図３（ａ）の右矢印に示すように最大利得Ｇ2 と
なる。その後、図３（ｂ）に示すように、パワーＰs の
入力信号光が復帰すると、その最大利得Ｇ2 で波長λ s
の入力信号光が増幅されるため、図３（ｃ）に示すよう
に、光出力先頭部に巨大な光ピーク（Ｇ2 ×Ｐs ）をも
つ光サージが発生することがある。これにより、下流の
光ファイバ増幅器や光デバイス等の光学的破壊の原因に
なったり、特性劣化に至る可能性があることが指摘され
ており、光サージ低減の光ファイバ増幅器の利得制御方
法が求められていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第１の発明は、励起光により電子の
エネルギー準位が遷移して、所定のエネルギー準位間の
バンドギャップに相当するエネルギーを有する入力信号
光を増幅する光増幅ファイバと、前記励起光を発光する
発光素子と、前記光増幅ファイバにより増幅された入力
信号光のパワーをモニタするＰＤと、前記ＰＤの出力信
号に基づいて、前記入力信号光のパワーが一定となるよ
うに前記発光素子が出力する励起光のパワーを制御する
負帰還回路と、を備えた光ファイバ増幅器において、注
入光素子と、制御回路と、を設けている。 前記注入光素
子は、前記光増幅ファイバにより増幅され、前記入力信
号光と異なる波長の注入光を発光して前記光増幅ファイ
バに入力する素子である。前記制御回路は、前記ＰＤの
出力信号に基づいて、前記増幅された入力信号光のパワ
ーが所定の参照値を越えた場合に、前記注入光素子が発
光するように制御する回路である。 第２の発明は、第１
の発明の光ファイバ増幅器において、前記制御回路は、
前記ＰＤの出力信号が前記参照値を越えた場合に、該出
力信号から該参照値を減算して正の減算結果を出力する
減算器と、前記正の減算結果を増幅して前記注入光素子
を駆動し、前記注入光を発光させるドライバとを有し、
前記入力信号光のパワーの大きさに基づいて前記注入光
のパワーを変化させる構成にしている。 第１及び第２の
発明によれば、以上のような構成を採用したことによ
り、光増幅ファイバにより増幅された入力信号光のパワ
ーが、所定の参照値を越えた場合には、ＰＤの出力信号
に基づき、制御回路の制御によって注入光素子から注入
光が発光し、この注入光のパワーが、入力信号光のパワ
ーの大きさに基づいて変化する。これにより、入力信号
光が復帰した時にも光信号の利得が抑制され、入力信号
光を増幅しても光サージが発生することがない。
に、本発明のうちの第１の発明は、励起光により電子の
エネルギー準位が遷移して、所定のエネルギー準位間の
バンドギャップに相当するエネルギーを有する入力信号
光を増幅する光増幅ファイバと、前記励起光を発光する
発光素子と、前記光増幅ファイバにより増幅された入力
信号光のパワーをモニタするＰＤと、前記ＰＤの出力信
号に基づいて、前記入力信号光のパワーが一定となるよ
うに前記発光素子が出力する励起光のパワーを制御する
負帰還回路と、を備えた光ファイバ増幅器において、注
入光素子と、制御回路と、を設けている。 前記注入光素
子は、前記光増幅ファイバにより増幅され、前記入力信
号光と異なる波長の注入光を発光して前記光増幅ファイ
バに入力する素子である。前記制御回路は、前記ＰＤの
出力信号に基づいて、前記増幅された入力信号光のパワ
ーが所定の参照値を越えた場合に、前記注入光素子が発
光するように制御する回路である。 第２の発明は、第１
の発明の光ファイバ増幅器において、前記制御回路は、
前記ＰＤの出力信号が前記参照値を越えた場合に、該出
力信号から該参照値を減算して正の減算結果を出力する
減算器と、前記正の減算結果を増幅して前記注入光素子
を駆動し、前記注入光を発光させるドライバとを有し、
前記入力信号光のパワーの大きさに基づいて前記注入光
のパワーを変化させる構成にしている。 第１及び第２の
発明によれば、以上のような構成を採用したことによ
り、光増幅ファイバにより増幅された入力信号光のパワ
ーが、所定の参照値を越えた場合には、ＰＤの出力信号
に基づき、制御回路の制御によって注入光素子から注入
光が発光し、この注入光のパワーが、入力信号光のパワ
ーの大きさに基づいて変化する。これにより、入力信号
光が復帰した時にも光信号の利得が抑制され、入力信号
光を増幅しても光サージが発生することがない。
【０００７】
【発明の実施の形態】（参考例）
図１は、本発明の実施形態の参考例を示す光ファイバ増
幅器の構成図であり、従来の図２中の要素に共通する要
素には共通の符号を付してある。本参考例の光ファイバ
増幅器が従来の光ファイバ増幅器と異なる点は、通常入
力信号光の時は、利得一定の制御を行い、入力信号光が
遮断された時、注入光を光増幅ファイバに注入して、利
得飽和により信号光に対する潜在利得増大を抑圧して、
光サージの発生を抑制するようにしたことである。即
ち、図１の光ファイバ増幅器は、発光素子である励起Ｌ
Ｄ１、光ファイバ２，５，２２，２４、光増幅ファイバ
４、２分岐カプラ６、出力ファイバ７、ＰＤ８、参照値
回路９、減算器１０、ドライバ１１、制御回路であるコ
ンパレータ２０、注入光素子である注入光レーザダイオ
ード（以下、注入光ＬＤと呼ぶ）２１、ＷＤＭカプラ
３，２３、及びフィルタ２５により構成されている。
幅器の構成図であり、従来の図２中の要素に共通する要
素には共通の符号を付してある。本参考例の光ファイバ
増幅器が従来の光ファイバ増幅器と異なる点は、通常入
力信号光の時は、利得一定の制御を行い、入力信号光が
遮断された時、注入光を光増幅ファイバに注入して、利
得飽和により信号光に対する潜在利得増大を抑圧して、
光サージの発生を抑制するようにしたことである。即
ち、図１の光ファイバ増幅器は、発光素子である励起Ｌ
Ｄ１、光ファイバ２，５，２２，２４、光増幅ファイバ
４、２分岐カプラ６、出力ファイバ７、ＰＤ８、参照値
回路９、減算器１０、ドライバ１１、制御回路であるコ
ンパレータ２０、注入光素子である注入光レーザダイオ
ード（以下、注入光ＬＤと呼ぶ）２１、ＷＤＭカプラ
３，２３、及びフィルタ２５により構成されている。
【０００８】注入光ＬＤ２１の出力側は、光ファイバ２
２に接続されている。光ファイバ２２、及び入力信号光
を入力する光ファイバ５の出力側は、ＷＤＭカプラ２３
に接続されている。ＷＤＭカプラ２３の出力側は、光フ
ァイバ２４に接続されている。励起ＬＤ１の出力側は、
光ファイバ２に接続されている。光ファイバ２，２４の
出力側は、ＷＤＭカプラ３に接続されている。ＷＤＭカ
プラ３の出力側は、光増幅ファイバ４に接続され、この
光増幅ファイバ４の出力側に、フィルタ２５が接続され
ている。フィルタ２５の出力側は、２分岐カプラ６に接
続され、この２分岐カプラ６の第１のポートが、出力フ
ァイバ７に接続され、第２のポートが、ＰＤ８に接続さ
れている。ＰＤ８及び参照値回路９の出力側は、減算器
１０に接続され、この減算器１０の出力側が、ドライバ
１１に接続されている。ドライバ１１の出力側は、励起
ＬＤ１及びコンパレータ２０に接続されている。コンパ
レータ２０の出力側は、図示しないがスイッチ回路に接
続され、このスイッチ回路が、注入光ＬＤ２１と図示し
ない電流源回路との間に接続されている。電流源回路が
注入光ＬＤ２１を駆動する駆動電流は、入力信号光が遮
断時の注入光の利得が、入力信号光が復帰した時に、そ
の入力信号光がその利得で増幅された時に光サージが発
生しない程度とする。
２に接続されている。光ファイバ２２、及び入力信号光
を入力する光ファイバ５の出力側は、ＷＤＭカプラ２３
に接続されている。ＷＤＭカプラ２３の出力側は、光フ
ァイバ２４に接続されている。励起ＬＤ１の出力側は、
光ファイバ２に接続されている。光ファイバ２，２４の
出力側は、ＷＤＭカプラ３に接続されている。ＷＤＭカ
プラ３の出力側は、光増幅ファイバ４に接続され、この
光増幅ファイバ４の出力側に、フィルタ２５が接続され
ている。フィルタ２５の出力側は、２分岐カプラ６に接
続され、この２分岐カプラ６の第１のポートが、出力フ
ァイバ７に接続され、第２のポートが、ＰＤ８に接続さ
れている。ＰＤ８及び参照値回路９の出力側は、減算器
１０に接続され、この減算器１０の出力側が、ドライバ
１１に接続されている。ドライバ１１の出力側は、励起
ＬＤ１及びコンパレータ２０に接続されている。コンパ
レータ２０の出力側は、図示しないがスイッチ回路に接
続され、このスイッチ回路が、注入光ＬＤ２１と図示し
ない電流源回路との間に接続されている。電流源回路が
注入光ＬＤ２１を駆動する駆動電流は、入力信号光が遮
断時の注入光の利得が、入力信号光が復帰した時に、そ
の入力信号光がその利得で増幅された時に光サージが発
生しない程度とする。
【０００９】光増幅ファイバ４は、例えば、エルビウム
ドープ光増幅ファイバであり、ファイバコア部にエルビ
ウムを微量添加したものを使用するものとする。このエ
ルビウムドープ光増幅ファイバは、励起準位が９８０ｎ
ｍ及び１４８０ｎｍであり、上準位が１５３０ｎｍ〜１
５６０ｎｍである。例えば、励起ＬＤ１の励起光の波長
λp は、９８０ｎｍとし、入力信号光の波長λs は、上
準位１５３０〜１５６０ｎｍの範囲内の波長であり、注
入光ＬＤ２１の注入光の波長λi は、上準位１５３０〜
１５６０ｎｍの範囲内の波長であって、入力信号光の波
長λs とは異なるものである。フィルタ２５は、入力信
号光の波長λs のみを透過して、それ以外の注入光や励
起光を除去するものである。参照値回路９は、所望の増
幅信号光のパワーに対応するＰＤ８の出力パワーの値を
保持している。ドライバ１１は、演算増幅器（以下、オ
ペアンプと呼ぶ）と、励起ＬＤ１を電流駆動するための
駆動回路とにより構成されている。
ドープ光増幅ファイバであり、ファイバコア部にエルビ
ウムを微量添加したものを使用するものとする。このエ
ルビウムドープ光増幅ファイバは、励起準位が９８０ｎ
ｍ及び１４８０ｎｍであり、上準位が１５３０ｎｍ〜１
５６０ｎｍである。例えば、励起ＬＤ１の励起光の波長
λp は、９８０ｎｍとし、入力信号光の波長λs は、上
準位１５３０〜１５６０ｎｍの範囲内の波長であり、注
入光ＬＤ２１の注入光の波長λi は、上準位１５３０〜
１５６０ｎｍの範囲内の波長であって、入力信号光の波
長λs とは異なるものである。フィルタ２５は、入力信
号光の波長λs のみを透過して、それ以外の注入光や励
起光を除去するものである。参照値回路９は、所望の増
幅信号光のパワーに対応するＰＤ８の出力パワーの値を
保持している。ドライバ１１は、演算増幅器（以下、オ
ペアンプと呼ぶ）と、励起ＬＤ１を電流駆動するための
駆動回路とにより構成されている。
【００１０】以下、図１の動作の説明をする。波長λs
の入力信号光は光ファイバ５、ＷＤＭカプラ２３、及び
光ファイバ２４を通って、ＷＤＭカプラ３に入力され
る。ＷＤＭカプラ３で、入力信号光と励起ＬＤ１より光
ファイバ２を通して入力された波長λp の励起光とが合
波されて、光増幅ファイバ４に入力される。光増幅ファ
イバ４において、励起光により上準位に蓄積されたエル
ビウムイオンが、入力信号光の入力により基底準位に落
ちて、入力信号光と同じ波長λs の光が出力され、その
入力信号光が増幅されてフィルタ２５に出力される。フ
ィルタ２５により、入力信号光の波長以外の光が除去さ
れ、２分岐カプラ６の第１のポートを通して、出力ファ
イバ７に増幅信号光が出力される。一方、２分岐カプラ
６の第２のポートから出力された光は、ＰＤ８に入力さ
れる。参照値回路９、減算器１０、及びドライバ１１で
構成される負帰還回路により、ＰＤ８で検出した増幅信
号光が、パワーが参照値回路９が保持する参照値となる
ように制御を行い、出力信号パワーが一定に保たれる。
の入力信号光は光ファイバ５、ＷＤＭカプラ２３、及び
光ファイバ２４を通って、ＷＤＭカプラ３に入力され
る。ＷＤＭカプラ３で、入力信号光と励起ＬＤ１より光
ファイバ２を通して入力された波長λp の励起光とが合
波されて、光増幅ファイバ４に入力される。光増幅ファ
イバ４において、励起光により上準位に蓄積されたエル
ビウムイオンが、入力信号光の入力により基底準位に落
ちて、入力信号光と同じ波長λs の光が出力され、その
入力信号光が増幅されてフィルタ２５に出力される。フ
ィルタ２５により、入力信号光の波長以外の光が除去さ
れ、２分岐カプラ６の第１のポートを通して、出力ファ
イバ７に増幅信号光が出力される。一方、２分岐カプラ
６の第２のポートから出力された光は、ＰＤ８に入力さ
れる。参照値回路９、減算器１０、及びドライバ１１で
構成される負帰還回路により、ＰＤ８で検出した増幅信
号光が、パワーが参照値回路９が保持する参照値となる
ように制御を行い、出力信号パワーが一定に保たれる。
【００１１】このため、入力遮断時には制御不能とな
り、ドライバ１１が有するオペアンプが最大出力、励起
ＬＤ１が最大出力で固定される。コンパレータ２０は、
オペアンプの最大出力よりも若干下に設定された基準値
としての閾値と、オペアンプ出力とを比較して、入力遮
断時にオペアンプ出力が最大値を示した時に、コンパレ
ータ２０に接続されるスイッチ回路をオンにする。スイ
ッチ回路がオンになると、電流源回路より注入光ＬＤ２
１を駆動し、注入光ＬＤ２１が波長λi の注入光を発光
して、光ファイバ２２に入力する。光ファイバ２２に入
力された注入光は、ＷＤＭカプラ２３、及び光ファイバ
２４を通り、ＷＤＭカプラ３で励起光と合波されて、光
増幅ファイバ４で増幅される。この増幅により、上準位
のエルビウムイオンの数が減って、利得飽和による信号
光に対する潜在利得（入力信号光があると仮定した時の
その利得）を抑圧する。光増幅ファイバ４で増幅された
注入光は、フィルタ２５で除去されて、出力ファイバ７
及びＰＤ８には入力されない。
り、ドライバ１１が有するオペアンプが最大出力、励起
ＬＤ１が最大出力で固定される。コンパレータ２０は、
オペアンプの最大出力よりも若干下に設定された基準値
としての閾値と、オペアンプ出力とを比較して、入力遮
断時にオペアンプ出力が最大値を示した時に、コンパレ
ータ２０に接続されるスイッチ回路をオンにする。スイ
ッチ回路がオンになると、電流源回路より注入光ＬＤ２
１を駆動し、注入光ＬＤ２１が波長λi の注入光を発光
して、光ファイバ２２に入力する。光ファイバ２２に入
力された注入光は、ＷＤＭカプラ２３、及び光ファイバ
２４を通り、ＷＤＭカプラ３で励起光と合波されて、光
増幅ファイバ４で増幅される。この増幅により、上準位
のエルビウムイオンの数が減って、利得飽和による信号
光に対する潜在利得（入力信号光があると仮定した時の
その利得）を抑圧する。光増幅ファイバ４で増幅された
注入光は、フィルタ２５で除去されて、出力ファイバ７
及びＰＤ８には入力されない。
【００１２】入力遮断時は、上記負帰還回路により励起
ＬＤ１が最大出力に固定され、上記コンパレタ２０の制
御により、注入光ＬＤ２１で注入光が発光され、光増幅
ファイバ４において注入光が増幅され、利得飽和による
信号光に対する潜在利得が抑圧された状態が維持され
る。信号光が復帰すると、信号光が光増幅ファイバ４で
増幅されるが、この時点において、信号光の潜在利得が
抑圧されているため、信号光の利得が抑圧される。増幅
された信号光をＰＤ８で検出し、オペアンプ出力が閾値
以下に低下するために、コンパレータ２０の出力がゼロ
となり、スイッチ回路が遮断して注入光ＬＤ２１がオフ
となる。以上説明したように、本参考例によれば、信号
光入力時には、通常の光出力一定の動作を行う。信号光
遮断時には、注入光ＬＤ２１が光増幅ファイバ４を通過
して増幅され、利得飽和により信号光に対する潜在利得
を抑圧する。そのため、信号光が復帰した場合には、信
号光に対する利得は注入光ＬＤ２１によりすでに抑圧さ
れているため、光サージは発生しない。
ＬＤ１が最大出力に固定され、上記コンパレタ２０の制
御により、注入光ＬＤ２１で注入光が発光され、光増幅
ファイバ４において注入光が増幅され、利得飽和による
信号光に対する潜在利得が抑圧された状態が維持され
る。信号光が復帰すると、信号光が光増幅ファイバ４で
増幅されるが、この時点において、信号光の潜在利得が
抑圧されているため、信号光の利得が抑圧される。増幅
された信号光をＰＤ８で検出し、オペアンプ出力が閾値
以下に低下するために、コンパレータ２０の出力がゼロ
となり、スイッチ回路が遮断して注入光ＬＤ２１がオフ
となる。以上説明したように、本参考例によれば、信号
光入力時には、通常の光出力一定の動作を行う。信号光
遮断時には、注入光ＬＤ２１が光増幅ファイバ４を通過
して増幅され、利得飽和により信号光に対する潜在利得
を抑圧する。そのため、信号光が復帰した場合には、信
号光に対する利得は注入光ＬＤ２１によりすでに抑圧さ
れているため、光サージは発生しない。
【００１３】（実施形態）
図４は、本発明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中の要素に共通する要素には共通の符
号を付してある。本実施形態の光ファイバ増幅器が参考
例の光ファイバ増幅器と異なる点は、光サージの発生を
検出する制御回路３０を設け、光サージが発生すると、
注入光素子である注入光ＬＤ２１から注入光を発光させ
て光増幅ファイバ４に注入するようにしたことである。
即ち、図４の光ファイバ増幅器は、発光素子である励起
ＬＤ１、光ファイバ２，５，２２，２４、光増幅ファイ
バ４、２分岐カプラ６、出力ファイバ７、ＰＤ８、参照
値回路９、減算器１０、ドライバ１１、注入光素子であ
る注入光ＬＤ２１、ＷＤＭカプラ３，２３、フィルタ２
５、参照値回路３１、減算器３２、及びドライバ３３に
より構成されている。ＰＤ８及び参照値回路３１の出力
側は、減算器３２に接続されている。減算器３２の出力
側は、ドライバ３３に接続され、このドライバ３３の出
力側が、注入光ＬＤ２１に接続されている。参照値回路
３１、減算器３２、及びドライバ３３により、制御回路
３０が構成されている。
成図であり、図１中の要素に共通する要素には共通の符
号を付してある。本実施形態の光ファイバ増幅器が参考
例の光ファイバ増幅器と異なる点は、光サージの発生を
検出する制御回路３０を設け、光サージが発生すると、
注入光素子である注入光ＬＤ２１から注入光を発光させ
て光増幅ファイバ４に注入するようにしたことである。
即ち、図４の光ファイバ増幅器は、発光素子である励起
ＬＤ１、光ファイバ２，５，２２，２４、光増幅ファイ
バ４、２分岐カプラ６、出力ファイバ７、ＰＤ８、参照
値回路９、減算器１０、ドライバ１１、注入光素子であ
る注入光ＬＤ２１、ＷＤＭカプラ３，２３、フィルタ２
５、参照値回路３１、減算器３２、及びドライバ３３に
より構成されている。ＰＤ８及び参照値回路３１の出力
側は、減算器３２に接続されている。減算器３２の出力
側は、ドライバ３３に接続され、このドライバ３３の出
力側が、注入光ＬＤ２１に接続されている。参照値回路
３１、減算器３２、及びドライバ３３により、制御回路
３０が構成されている。
【００１４】本実施形態の光増幅ファイバ４は、参考例
と同様に、エルビウムド−プ光増幅ファイバを使用する
ものとする。例えば、励起ＬＤ１の励起光の波長λ
p は、９８０ｎｍとし、入力信号光の波長λs は、上準
位１５３０〜１５６０ｎｍの範囲内の波長であり、注入
光ＬＤ２１の注入光の波長λi は、上準位１５３０〜１
５６０ｎｍの範囲内の波長であって、入力信号光の波長
λs とは異なるものとする。参照値回路３１には、出力
許容最大パワーを示すＰＤ８の出力パワーに等しい値を
保持している。注入光ＬＤ２１は、ドライバ３３より正
の値が出力するとオンして、波長λi の注入光を発光す
るものである。ドライバ３３は、減算器３２の出力を増
幅するオペアンプと、注入光ＬＤ２１を電流駆動する駆
動回路とにより構成されている。ドライバ３３が注入光
ＬＤ２１を駆動するための駆動電流は、光サージが発生
した時にその光サージが抑制できる程度とする。
と同様に、エルビウムド−プ光増幅ファイバを使用する
ものとする。例えば、励起ＬＤ１の励起光の波長λ
p は、９８０ｎｍとし、入力信号光の波長λs は、上準
位１５３０〜１５６０ｎｍの範囲内の波長であり、注入
光ＬＤ２１の注入光の波長λi は、上準位１５３０〜１
５６０ｎｍの範囲内の波長であって、入力信号光の波長
λs とは異なるものとする。参照値回路３１には、出力
許容最大パワーを示すＰＤ８の出力パワーに等しい値を
保持している。注入光ＬＤ２１は、ドライバ３３より正
の値が出力するとオンして、波長λi の注入光を発光す
るものである。ドライバ３３は、減算器３２の出力を増
幅するオペアンプと、注入光ＬＤ２１を電流駆動する駆
動回路とにより構成されている。ドライバ３３が注入光
ＬＤ２１を駆動するための駆動電流は、光サージが発生
した時にその光サージが抑制できる程度とする。
【００１５】以下、図４の動作の説明をする。通常信号
光入力時には、参考例と同様に、ＰＤ８にて信号光のパ
ワーを検出して、参照値回路９、減算器１０、及びドラ
イバ１１により、出力信号の値が一定になるように負帰
還制御が行われる。このため、信号光遮断時には、負帰
還回路は制御不能となり最大利得で固定される。信号光
が復帰すると、最大利得で入力信号光が増幅されること
になり、光サージを発生する。光サージを発生した光
は、ＰＤ８に入力されてその信号光パワーが検出され
る。この信号光パワーは、参照値回路３１が保持する参
照値を越えるため、減算器３２は、ＰＤ８の出力から参
照値を引き算して正の値をドライバ３３に出力する。ド
ライバ３３は、減算器３２の出力を増幅して注入光ＬＤ
２１を電流駆動し、波長λi の注入光を発光させて光増
幅ファイバ４に入射する。光増幅ファイバ４は、入力信
号光と注入光とを増幅するが、注入光が増幅されて上準
位のエルビウムのイオンが減る分だけ、利得飽和により
入力信号光の利得が削減されることになる。
光入力時には、参考例と同様に、ＰＤ８にて信号光のパ
ワーを検出して、参照値回路９、減算器１０、及びドラ
イバ１１により、出力信号の値が一定になるように負帰
還制御が行われる。このため、信号光遮断時には、負帰
還回路は制御不能となり最大利得で固定される。信号光
が復帰すると、最大利得で入力信号光が増幅されること
になり、光サージを発生する。光サージを発生した光
は、ＰＤ８に入力されてその信号光パワーが検出され
る。この信号光パワーは、参照値回路３１が保持する参
照値を越えるため、減算器３２は、ＰＤ８の出力から参
照値を引き算して正の値をドライバ３３に出力する。ド
ライバ３３は、減算器３２の出力を増幅して注入光ＬＤ
２１を電流駆動し、波長λi の注入光を発光させて光増
幅ファイバ４に入射する。光増幅ファイバ４は、入力信
号光と注入光とを増幅するが、注入光が増幅されて上準
位のエルビウムのイオンが減る分だけ、利得飽和により
入力信号光の利得が削減されることになる。
【００１６】光増幅ファイバ４で増幅された入力信号光
と注入光は、フィルタ２５によって注入光が除去され、
２分岐カプラ６の第１のポートから出力ファイバ７に、
増幅された入力信号光のみが出力されることになる。一
方、２分岐カプラ６の第２のポートから出力された増幅
された入力信号光が、ＰＤ８によって信号光パワーが検
出される。この時、入力信号光の利得が減っているの
で、信号光出力が低下して出力許容最大値パワー以下に
なると、ドライバ３３は出力を停止し、注入光ＬＤ２１
はオフとなり、上記通常信号光入力時の動作に戻る。以
上説明したように、本実施形態によれば、ＰＤ８におい
て、信号光パワーを検出しその値が参照値となるように
制御を行う。このため、信号光入力時には通常の光出力
一定動作を行う。
と注入光は、フィルタ２５によって注入光が除去され、
２分岐カプラ６の第１のポートから出力ファイバ７に、
増幅された入力信号光のみが出力されることになる。一
方、２分岐カプラ６の第２のポートから出力された増幅
された入力信号光が、ＰＤ８によって信号光パワーが検
出される。この時、入力信号光の利得が減っているの
で、信号光出力が低下して出力許容最大値パワー以下に
なると、ドライバ３３は出力を停止し、注入光ＬＤ２１
はオフとなり、上記通常信号光入力時の動作に戻る。以
上説明したように、本実施形態によれば、ＰＤ８におい
て、信号光パワーを検出しその値が参照値となるように
制御を行う。このため、信号光入力時には通常の光出力
一定動作を行う。
【００１７】信号光遮断時には、利得の制御が不能とな
って最大利得で固定されるが、信号光復帰時には、ＰＤ
８で信号光出力サージをいち早く検出し、高速に注入光
を注入するので、光利得が急速に減少し、信号光に対す
る利得を瞬時に抑圧し、出力サージを出力許容最大値パ
ワー以下に抑える。増幅された注入光はフィルタ２５で
遮断されるため、後段の光回路、光デバイスに対するダ
メージを最小限にできる。なお、本発明は、上記の参考
例や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。 （１） 図１及び図４では、注入光を入力部において合
波しているが、光増幅ファイバ４の出力側から、入力信
号光とは逆方向に合波する構成にしてもよい。この場
合、フィルタ２５は不要となる。 （２） 図１及び図４では、エルピウムドーブ光ファイ
バを用いた例を示したが、ＰＤＦＡ（プラシオジウム）
あるいは他の光増幅ファイバであってもよい。
って最大利得で固定されるが、信号光復帰時には、ＰＤ
８で信号光出力サージをいち早く検出し、高速に注入光
を注入するので、光利得が急速に減少し、信号光に対す
る利得を瞬時に抑圧し、出力サージを出力許容最大値パ
ワー以下に抑える。増幅された注入光はフィルタ２５で
遮断されるため、後段の光回路、光デバイスに対するダ
メージを最小限にできる。なお、本発明は、上記の参考
例や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。 （１） 図１及び図４では、注入光を入力部において合
波しているが、光増幅ファイバ４の出力側から、入力信
号光とは逆方向に合波する構成にしてもよい。この場
合、フィルタ２５は不要となる。 （２） 図１及び図４では、エルピウムドーブ光ファイ
バを用いた例を示したが、ＰＤＦＡ（プラシオジウム）
あるいは他の光増幅ファイバであってもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１及び第
２の発明によれば、光増幅ファイバにより増幅された入
力信号光のパワーが所定の参照値を越えた場合に、制御
回路の制御により、注入光素子が発光するようにしたの
で、光サージの発生時に注入光が注入されて入力信号光
の利得が低下する。これにより、光サージの発生を抑制
または光サージをいち早く抑えることができ、後段の光
回路や光デバイスに対するダメージを最小限にできる。
２の発明によれば、光増幅ファイバにより増幅された入
力信号光のパワーが所定の参照値を越えた場合に、制御
回路の制御により、注入光素子が発光するようにしたの
で、光サージの発生時に注入光が注入されて入力信号光
の利得が低下する。これにより、光サージの発生を抑制
または光サージをいち早く抑えることができ、後段の光
回路や光デバイスに対するダメージを最小限にできる。
【図１】本発明の実施形態の参考例を示す光ファイバ増
幅器の構成図である。
幅器の構成図である。
【図２】従来の光ファイバ増幅器の構成図である。
【図３】光サージ発生のメカニズムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示す光ファイバ増幅器の構
成図である。
成図である。
１ 励起ＬＤ
２，５，２２，２４ 光ファイバ
３，２３ ＷＤＭカプラ
４ 光増幅ファイバ
６ ２分岐カプラ
７ 出力ファイバ
８ ＰＤ
９，３１ 参照値回路
１０，３２ 減算器
１１，３３ ドライバ
２０ コンパレータ
２１ 注入光ＬＤ
２５ フィルタ
Claims (2)
- 【請求項１】 励起光により電子のエネルギー準位が遷
移して、所定のエネルギー準位間のバンドギャップに相
当するエネルギーを有する入力信号光を増幅する光増幅
ファイバと、 前記励起光を発光する発光素子と、 前記光増幅ファイバにより増幅された入力信号光のパワ
ーをモニタする光検出器と、 前記光検出器の出力信号に基づいて、前記入力信号光の
パワーが一定となるように前記発光素子が出力する励起
光のパワーを制御する負帰還回路と、 を備えた光ファイバ増幅器において 、前記光増幅ファイバにより増幅され、前記入力信号光と
異なる波長の注入光を発光して前記光増幅ファイバに入
力する注入光素子と、 前記光検出器の出力信号に基づいて、前記増幅された入
力信号光のパワーが所定の参照値を越えた場合に、前記
注入光素子が発光するように制御する制御回路と、 を設けたことを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項２】 前記制御回路は、 前記光検出器の出力信号が前記参照値を越えた場合に、
該出力信号から該参照値を減算して正の減算結果を出力
する減算器と、 前記正の減算結果を増幅して前記注入光素子を駆動し、
前記注入光を発光させるドライバとを有し、 前記入力信号光のパワーの大きさに基づいて前記注入光
のパワーを変化させる構成にしたことを特徴とする請求
項１記載の光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34292695A JP3421182B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34292695A JP3421182B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186383A JPH09186383A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3421182B2 true JP3421182B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=18357589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34292695A Expired - Fee Related JP3421182B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3421182B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6064514A (en) * | 1995-10-30 | 2000-05-16 | Nec Corporation | Optical surge preventing method and system for use with or in a rare earth doped fiber circuit |
| US6456637B1 (en) * | 2000-05-30 | 2002-09-24 | Lucent Technologies Inc. | Waveguide lasers and optical amplifiers having enhanced thermal stability |
| JP5811546B2 (ja) | 2011-02-23 | 2015-11-11 | 富士通株式会社 | 光受信装置および光増幅装置 |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP34292695A patent/JP3421182B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09186383A (ja) | 1997-07-15 |
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|---|---|---|---|
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