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JP3511241B2 - 波長多重光増幅装置及び光通信システム - Google Patents
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JP3511241B2 - 波長多重光増幅装置及び光通信システム - Google Patents

波長多重光増幅装置及び光通信システム

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JP3511241B2
JP3511241B2 JP2002293462A JP2002293462A JP3511241B2 JP 3511241 B2 JP3511241 B2 JP 3511241B2 JP 2002293462 A JP2002293462 A JP 2002293462A JP 2002293462 A JP2002293462 A JP 2002293462A JP 3511241 B2 JP3511241 B2 JP 3511241B2
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道和 島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、異なる波長の光信号を
多重化した波長多重光信号を増幅する波長多重光増幅装
及び光通信システムに関する。
【0002】光波長多重伝送システムは、異なる波長の
光信号を多重化し、光ファイバからなる光伝送路により
伝送するものであり、多重化された光信号の数に応じた
大容量伝送を可能とするものである。
【0003】又光波長多重伝送システムに於いては、波
長多重光信号を増幅する光増幅装置が必要であり、多重
化されたそれぞれの光信号に対しても、所定の出力レベ
ルとなるような増幅特性とすることが要望されている。
【0004】
【従来の技術】光信号を直接増幅する光増幅器は、エル
ビウム(Er)ドープドファイバを用いた構成が一般的
である。これは、光通信システムにおいて広く用いられ
ている1.55μm帯の光信号の増幅を行うことができ
るから、送信器のポストアンプや、受信器のプリアンプ
或いは中継器としてのインラインアンプ等に適用して、
伝送距離の増大を低コストで実現できる有力な手段とし
て注目を浴びている。
【0005】又光波長多重伝送システムは、伝送容量の
増大を容易に実現することができる技術として、特に上
述の1.55μm帯での波長多重が有望視されている
が、異なる波長の光信号の多重,分離のために挿入する
光デバイスでの損失が伝送距離を減少させるという問題
を有していた。そこで、この損失を補償する意味でも、
光増幅器を適用することが効果的であり、波長多重技術
と光増幅技術との組み合わせは、長距離且つ大容量の光
信号伝送を可能にする有力な手段として期待されてい
る。
【0006】従来の光増幅器の光出力制御方法として
は、光出力一定制御方式が一般的に用いられている。図
12は、従来の光増幅器制御方式の例を示したものであ
って、1はエルビウムドープドファイバ(EDF)、2
はEDF1に励起光を供給する励起レーザダイオード
(LD)、3は信号光と励起LD2からの励起光とを合
波し、信号光出力を分波するための合分波器、4は励起
LD2を駆動するための駆動回路である。
【0007】信号光入力は、入力側とEDF1とを分離
するためのアイソレータ5を経てEDF1に入力され
る。EDF1においては、合分波器3を経て加えられて
いる励起光の存在状態で、信号光を増幅して出力する。
増幅された信号光によって、アイソレータ6を経て信号
光出力を発生する。
【0008】出力側に挿入された分岐器7を介して光出
力の一部を分岐し、受光素子8で電気信号に変換し、レ
ベル検出器9によってそのレベルを検出する。そして比
較器10において検出されたレベルと基準電圧VREF
を比較して、誤差に応じて駆動回路4を制御して励起L
D2を駆動することによって、励起LD2からの励起光
の強度を制御して、信号光出力を一定に保つ。
【0009】この際、入力側に挿入された分岐器11を
経て光入力の一部を分岐し、受光素子12で電気信号に
変換し、入力断検出回路13でそのレベルをチェックす
ることによって、光入力の断を検出したとき、シャット
ダウン信号を発生して駆動回路4の動作を停止させて、
励起LD2からの励起光をオフにする。これは光入力が
ない場合には、光出力を一定にするための制御系の利得
が増大して、雑音のみを増幅する状態となるが、この状
態で光入力が復旧すると、過大な光出力が発生して、受
信側に悪影響を生じるおそれがあるためである。
【0010】図13は、従来の波長多重光増幅器の例を
示したものであって、14は光ファイバ、15は半導体
レーザ増幅器、16は半導体レーザ増幅器15の光出力
の一部を分岐する分岐器である。17は半導体レーザ増
幅器15を駆動する駆動回路、18は分岐器16で分岐
された光から一部の信号光を分離する分波器、19は光
入力を電気信号に変換する受光素子、20は半導体レー
ザ増幅器15の利得を制御する利得制御回路である。
【0011】信号光入力には、波長多重光信号λ1,λ2
の他にモニタ光λm を含んでいる。分波器18は分岐器
16で分岐された信号光出力からモニタ光λm を分離
し、受光素子19はこれを電気信号に変換する。利得制
御回路20はこの電気信号のレベルを図示されない基準
電圧と比較して、誤差信号に応じて駆動回路17を制御
することによって、半導体レーザ増幅器15の利得が一
定になるようにする。
【0012】このように従来の波長多重光増幅器におい
ては、単一波長の光増幅器と同様に、光出力を一定とす
る制御方式が用いられており、従って全体としての光出
力レベルは常に一定である。
【0013】また従来、2波長の信号光の増幅を行なう
波長多重光増幅器において、波長1.535μm帯の信
号光と、波長1.55μm帯の信号光とを使用するもの
が知られている。これは、エルビウムドープドファイバ
を用いた光増幅器の場合、1.54μm付近を境とし
て、1.52〜1.54μmの領域と、1.54μm〜
1.57μmの領域とに利得の高い部分があるためであ
る。
【0014】図14は、従来の2波長多重光増幅器の構
成例を示したものであって、図12におけると同じもの
を同じ番号で示し、21は波長1.535μm帯の信号
光と波長1.55μm帯の信号光とを合波する合波器、
22は波長多重光信号と励起光との合分波を行なう波長
多重(WDM)カプラである。
【0015】合波器21において、波長1.535μm
帯の信号光1と、波長1.55μm帯の信号光2とを合
波し、アイソレータ5を経てEDF1に入力する。励起
LD2からの励起光をWDMカプラ22を経てEDF1
に入力した状態で、信号光1と信号光2の増幅が行なわ
れ、アイソレータ6を経て光出力を発生する。
【0016】図15は、図14に示された2波長多重光
増幅器における利得特性を示したものであって、(a)
は波長1.48μm帯の励起光による励起(以下1.4
8μm励起と略す)を行なった場合の利得特性を示し、
(b)は波長0.98μm帯の励起光による励起(以下
0.98μm励起と略す)を行なった場合の利得特性を
示している。1.48μm励振を行なった場合は、
(a)に示すように1.55μm帯側の利得が大きくな
る結果、1.535μm帯側の光伝送が困難になるおそ
れがある。また、0.98μm励振を行なった場合は、
1.535μm帯側の利得が大きくなる結果、1.55
μm帯側の光伝送が困難になるおそれがある。
【0017】図16は、波長多重光増幅器における利得
測定系の構成例を示したものであって、図14における
と同じものを同じ番号で示し、23は光出力のスペクト
ル分布を測定する光スペクトルアナライザである。
【0018】合波器21において、信号光1(λ=1.
56μm)と、信号光2(λ=1.53μm〜1.57
μm)とを合波し、アイソレータ5を経てEDF1に入
力する。励起LD2からの励起光(λ=1.48μmま
たは0.98μm)をWDMカプラ22を経てEDF1
に入力した状態で、信号光2の増幅が行なわれて、増幅
された信号光2はアイソレータ6を経て光スペクトルア
ナライザ23に入力され、光スペクトルを分離してそれ
ぞれの光出力レベルを測定される。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】図12に示された従来
の光増幅器をそのまま波長多重光の増幅に使用した場合
は、トータルとしての光出力レベルが一定であるため、
1信号光あたりの光レベルは、(1/多重信号数)とな
る。従って、光信号の数が変化すると、受信部において
所要光レベルを確保できないことがある。また、システ
ム運用中に、何らかの原因によって、ある波長の光信号
が断になった場合には、光増幅器においてその分のパワ
ーが他の波長の信号光に配分されるので、受信光レベル
変動(増大)を生じて、受信部においてエラーを発生す
る可能性がある。逆に、光信号の数を増加した場合に
は、他の波長信号光のレベル変動(減少)を引き起こ
す。これは従来の波長多重光増幅器における第1の問題
点である。
【0020】また、波長多重光信号に対する光増幅器の
動作として、現状では利得の波長依存性を無視すること
ができない。さらに、光端局装置の送信光源出力のばら
つきや、合分波器の挿入損失のばらつき、あるいは伝送
路ファイバの損失のばらつき等が加算されることによっ
て、受信側において各波長光のレベル差を生じ、受信部
において所要受信レベルを得ることができない場合が生
じるという問題がある。一般的には、レベルの低い波長
信号光の方が受信エラーを発生しやすい。これは従来の
波長多重光増幅器における第2の問題点である。
【0021】図13に示された従来の波長多重光増幅器
においては、モニタ光のレベルを監視することによっ
て、トータルの光出力が一定になるように制御している
が、上記第2の問題点によって、必ずしも主信号とモニ
タ光の利得が一致しないために、光出力が一定にならな
い場合がある。また信号光以外にモニタ光が必要なため
コスト増となるだけでなく、主信号系が正常でも、モニ
タ系が故障すると、制御不能になる等の問題がある。
【0022】図17は、波長多重光増幅器における利得
特性を説明するものであって、(a)はN2 /(N2
1 )が小さい場合、(b)はN2 /(N2 −N1 )が
大きい場合を示している。ここでN1 は基底状態にある
光子数、N2 は励起状態にある光子数である。また、縦
軸は放射エネルギーN2 σe (σe は放射断面積)と吸
収エネルギーN1 σa (σa は吸収断面積)とを示し、
横軸は信号光波長(μm)である。
【0023】図17において、放射エネルギーN2 σe
と吸収エネルギーN1 σa との差は、光増幅器の利得を
示している。図示のように、N2 /(N2 −N1 )が小
さい場合、すなわち基底状態の分布が十分小さく、励起
状態の分布が十分大きいときは、波長1.535μm付
近の利得g(λ=1.535μm)が、波長1.55μ
m付近の利得g(λ=1.55μm)より大きくなる。
逆にN2 /(N2 −N 1 )が大きい場合、すなわち励起
状態の分布が十分大きくないときは、g(λ=1.53
5μm)がg(λ=1.55μm)より小さくなる。
【0024】励起光として、波長1.48μm帯の光を
使用する場合は、放射断面積が1.45μm付近まで裾
をひいているため、基底状態の分布を0に近づけること
が難しい。特に2波長多重でポストアンプに適用する場
合は、N2 /(N2 −N1 )が大きくなり、g(λ=
1.535μm)が、g(λ=1.55μm)より小さ
くなってゲインチルトを生じる。
【0025】図18は、ゲインチルトの例を示したもの
であって、1.48μm励振で信号光1と信号光2の一
括増幅を行なう場合を示し、縦軸は信号光2の光出力、
横軸は信号光2の波長である。図中において、Aは信号
光1を入射せずに信号光2のみの波長を変化させた場合
を示し、Bは信号光1の波長を1.56μmで固定して
入射し、信号光2の波長を1.53μmから1.57μ
mまで変化させた場合を示している。
【0026】このように、単一信号光のみの場合はほぼ
平坦な増幅特性を示すのに対し、2波長一括増幅の場合
は、波長が短い領域において信号光2の光出力が低下し
て、ゲインチルトを生じる。
【0027】一方、励起光として、波長0.98μm帯
の光を使用する場合は、基底状態の分布を十分小さくす
ることができ、利得の波長特性は図17に示された放射
断面積の形に近づく。これは、波長0.98μm帯の励
起光に対しては、波長1.48μm帯の励起光の場合と
異なり、励起波長付近の放射がないためである。
【0028】図19は、波長多重光増幅器における利得
特性の変化を示したものであって、0.98μm励振の
場合を示している。(a)は信号光小または励起光大の
状態を示し、(b)は信号光大または励起光小の状態を
示している。
【0029】図19において(a)に示すように、信号
光小または励起光大の状態では、1.535μm付近の
利得が、1.557μm付近の利得より大きくなり、
(b)に示すように、信号光大または励起光小の状態で
は、1.535μm付近の利得が、1.55μm付近の
利得より小さくなる。
【0030】図20は、励振波長の変化によるdG/d
λの変化の傾向を示したものである。1.48μm励振
の場合は、基底状態へ戻る遷移確率がある分、信号光パ
ワーを大きくしていったとき、図19における(a)の
領域から(b)の領域に移行するのが、0.98μm励
振の場合と比較して早い。
【0031】図20において、点線で示す領域では、
0.98μm励振の場合は、図19(a)に示された形
を保っているが、1.48μm励振の場合はゲインチル
トを生じる、図19(b)に示された形となる。
【0032】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するもので、波長多重光信号に含まれる光信号の数に
応じた出力レベルとなるように制御できる波長多重光増
幅装置を提供することを目的とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】本発明の波長多重光増幅
装置は、複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異なる周
波数で変調して多重化した波長多重光信号を増幅する光
増幅手段と、光信号を変調した変調周波数成分の有無に
より波長多重化された光信号の数の情報を得る多重光信
号数情報検出手段と、光増幅手段の出力レベルを検出す
る検出手段と、この検出手段による検出信号と前記多重
光信号数情報検出手段による光信号の数の情報とを基
に、光増幅手段の出力レベルを、波長多重化された光信
号の数に対応したレベルに制御する光出力制御手段とを
備えている。
【0034】又多重光情報検出手段は、波長多重光信号
を電気信号に変換する変換手段と、この変換手段により
変換された電気信号を、変調周波数成分に分離する変調
周波数成分検出手段とを含むものである。
【0035】図1は、本発明の原理的構成(1) を示し、
図14及び図16と同一符号は同一名称部分を示す。図
1に於いて、25は光出力制御手段としての光出力制御
回路を示す。信号光入力は、分岐器11とアイソレータ
5とを介して、光増幅手段としてのEDF1に入力さ
れ、励起LD2からの励起光をWDMカプラ22を介し
てEDF1に入力して、信号光を増幅し、増幅された信
号光をアイソレータ6と分岐器7とを介して信号光出力
とする。増幅された出力レベルを検出手段としての受光
素子8により検出し、その検出信号を光出力制御回路2
5に入力する。又波長多重光信号に含まれる光信号の数
の情報を光出力制御回路25に入力する。光出力制御回
路25は、駆動回路4に制御信号を入力し、駆動回路4
により励起LD2からの励起光パワーを制御する。それ
により、波長多重光信号に含まれる光信号の数の情報に
従った増幅出力レベルとなるように制御する。
【0036】この際、入力側に挿入された分岐器11を
経て信号光入力の一部を分岐し、受光素子12で電気信
号に変換し、図示されない入力断検出回路でそのレベル
をチェックすることによって、信号光入力の断を検出し
たとき、シャットダウン信号を発生して駆動回路4の動
作を停止させて、励起LD2からの励起光をオフにす
る。
【0037】図1の構成において、光出力レベルを決定
する可変リファレンス電圧を、波長多重光信号に含まれ
る光信号の数の情報に従って変化させて、増幅出力レベ
ルを変化させるように制御する。
【0038】この際における出力制御方法は、1信号あ
たりの光出力レベルを常に一定にするものとする。すな
わち、1信号あたりPout の光レベルの出力が必要な場
合、N個の光信号の多重を行なうときは、光増幅器の光
出力レベルを(Pout ×N)とする。
【0039】図2は、本発明の原理的構成(2) を示した
ものであって、図1におけると同じものを同じ番号で示
し、27は信号光入力における多重信号数に対応するリ
ファレンス電圧を発生するリファレンス電圧発生回路で
ある。
【0040】リファレンス電圧発生回路27は、外部か
ら入力される多重信号数情報に応じたリファレンス電圧
を発生して、これを光出力制御回路25に与える。光出
力制御回路25は、受光素子8から入力された信号光出
力レベルに対応する電気信号と可変リファレンス電圧と
を比較して、誤差に応じて駆動回路4を制御して、励起
LD2に対する駆動電流を出力させる。励起LD2は、
駆動電流に応じて強度を制御された励起光を発生し、こ
れによって光出力が多重信号数に応じたレベルで一定に
保たれる。
【0041】図3は、本発明の原理的構成(3) を示した
ものであって、図2と同一符号は同一名称部分を示し、
28は信号光入力を分岐する分岐器、29は波長多重光
を各波長λ1 〜λN の成分光に分離する波長分離(WD
M)フィルタ、301 〜30 N はそれぞれ波長λ1 〜λ
N の成分光を電気信号に変換する受光素子、311 〜3
N はそれぞれ波長λ1 〜λN の成分光の入力断を検出
する入力断検出回路、32は各入力断検出回路311
31N の検出出力から多重信号数の情報を発生する多重
信号数情報発生回路である。
【0042】図3に示された構成においては、信号光入
力のモニタ部にWDMフィルタ29を備えて、波長多重
光信号をそれぞれの成分光に分離して受光素子によって
電気信号に変換し、入力断検出回路によってそれぞれの
波長の信号光が入力されているか否かを監視する。そし
て監視結果に基づいて多重信号数情報発生回路32で多
重信号数情報を発生し、リファレンス電圧発生回路27
でこの多重信号数情報をもとに光出力制御のためのリフ
ァレンス電圧を作成して、光出力制御回路25を介して
励起LD2の励起光の強度を制御する。これによって、
光出力が多重信号数に応じたレベルで一定に保たれる。
【0043】図4は、本発明の原理的構成(4) を示し、
図1と同一符号は同一名称部分を示し、35は波長1.
48μm帯の励起光を発生する励起LD、36は波長
0.98μm帯の励起光を発生する励起LD、37は合
波器である。また図5は、原理的構成(4) の場合の利得
特性を示したものである。
【0044】図4に示された構成においては、波長1.
48μm帯の励起光と波長0.98μm帯の励起光と
を、合波器37を介して合波してEDF1に入射するこ
とによって、図15において(a)に示された利得特性
と(b)に示された利得特性との中間の利得特性が得ら
れるので、2波長多重光増幅器における波長1.535
μm帯の信号光1と波長1.55μm帯の信号光2とに
対する利得差を小さくすることができる。
【0045】
【作用】(1) .本発明の波長多重光増幅器においては、
波長多重光信号を増幅する際に、光増幅器の光出力レベ
ルを、波長多重光信号の多重信号数に応じて変化させる
ように制御する。
【0046】従って、受信側において、信号光入力が所
要レベルに達しない状態になることを避けることができ
る。またある周波数の信号光が断になった場合に、レベ
ル増大を生じて受信エラーを発生することを防止でき
る。
【0047】(2) .(1) における光増幅器の光出力レベ
ルの制御は、光増幅器に対する励起光のパワーを制御す
ることによって行なうことができる。
【0048】(3) .(1) における光増幅器の光出力レベ
ルの制御方法としては、波長多重光信号における1信号
あたりの光出力が一定になるように、光増幅器の光出力
レベルを制御するようにしてもよい。
【0049】(4) .(1) における光増幅器の光出力レベ
ルの制御方法としては、多重信号数に応じた基準入力を
外部から与えることによって、光増幅器の光出力レベル
を変化させるようにしてもよい。
【0050】(5) .(4) の基準入力は、外部からスイッ
チで切り替えて与えるようにすることができる。
【0051】(6) .(1) における光増幅器の光出力レベ
ルの制御方法としては、信号光入力における多重信号数
を検出して、検出された多重信号数に応じて光増幅器の
光出力レベルを変化させるようにしてもよい。
【0052】(7) .(6) における多重信号数の判定は、
信号光入力を分岐して波長分離フィルタによって多重さ
れている各波長の信号光を分離して、各波長の信号光の
有無を検出することによって行なうことができる。
【0053】(8) .(6) における多重信号数の判定は、
各波長の信号光に対して予めそれぞれ異なる周波数の変
調を施すとともに、光増幅器内において入力光信号を電
気信号に変換して得られた信号から各変調周波数の成分
を分離して、各変調周波数成分の有無を検出することに
よって行なうことができる。
【0054】(9) .(8) における信号光を変調する変調
周波数として、その波長多重光信号を伝送する光ファイ
バで発生する誘導ブリルアン散乱を抑圧するのに適した
周波数とすることによって、誘導ブリルアン散乱の発生
を同時に防止することができる。
【0055】(10) .本発明の波長多重光増幅器におい
ては、多重されている各波長の信号光のレベルを検出し
て、最低レベルの波長の信号光が所要レベルとなるよう
に光増幅器の利得を制御することによって、すべての波
長の信号光の出力レベルが所定値以上になるようにす
る。
【0056】従って波長多重光増幅器において利得の波
長依存性がある場合でも、どの波長の信号光でも、受信
レベルが所要レベル以下となるために、受信不能になる
ことはない。
【0057】(11) .(10)における各波長の信号光のレ
ベルの検出は、各波長の信号光を波長分離フィルタによ
って分離して、分離された各波長の信号光を電気信号に
変換してそのレベルを検出することによって行なうこと
ができる。
【0058】(12) .(10)における各波長の信号光のレ
ベルの検出は、各波長の信号光に対して予めそれぞれ異
なる周波数の変調を施すとともに、光増幅器内において
入力光信号を電気信号に変換して得られた信号から各変
調周波数の成分を分離して、各変調周波数成分のレベル
を計測することによって行なうことができる。
【0059】(13) .(10)の場合に、検出された各波長
の信号光の有無を検出する手段を設け、入力がないこと
を検出された波長の信号光を除いて、最低レベルの波長
の信号光が所要レベルとなるように光増幅器の利得を制
御することによって、入力があるすべての波長の信号光
の出力レベルが所定値以上となるようにしてもよい。
【0060】(14) .光増幅器においては、波長1.5
35μm帯の信号光と波長1.55μm帯の信号光とを
エルビウムドープドファイバからなる信号光ラインに伝
送する際に、この信号光ラインに波長0.98μm帯の
光を入射して励起したときは、波長1.535μm帯の
信号光に対する利得が波長1.55μm帯の信号光に対
する利得より大きくなり、この信号光ラインに波長1.
48μm帯の光を入射して励起したときは、波長1.5
35μm帯の信号光に対する利得が波長1.55μm帯
の信号光に対する利得より小さくなる現象がある。
【0061】本発明の波長多重光増幅器においては、こ
のような場合に波長0.98μm帯の光と波長1.48
μm帯の光とを同時に信号光ラインに入射して励起する
ようにしたので、波長1.535μm帯の信号光に対す
る利得と、波長1.55μm帯の信号光に対する利得と
を同等にすることができる。
【0062】(15) .(14)の場合に、波長0.98μm
帯の光と波長1.48μm帯の光とを合波したのちに、
信号光ラインに入射して励起するようにしてもよい。
【0063】(16) .(14)の場合に、波長0.98μm
帯の光と波長1.48μm帯の光とを、それぞれ信号光
ラインの異なる位置において入射して励起するようにし
てもよい。
【0064】
【実施例】図6は、本発明の実施例(1) を示したもので
あって、図3におけると同じものを同じ番号で示し、4
1は多重信号数情報に対応する電圧信号を加算する加算
回路、42は多重信号数情報に対応する電圧信号をリフ
ァレンス電圧に変換するレベル変換回路であって、これ
らはリファレンス電圧発生回路27を形成している。4
3は励起LD2を駆動するトランジスタである。
【0065】分岐器28で分岐された光入力を、WDM
フィルタ29で各波長λ1 〜λN の成分光に分離し、受
光素子301 〜30N で、各波長λ1 〜λN の成分光の
レベルを示す電気信号に変換する。入力断検出回路31
1 〜31N は、それぞれ波長λ1 〜λN の成分光のレベ
ルを、正常時には1V、断時には0Vに正規化して出力
する。加算回路41は入力断検出回路311 〜31N
らの出力を加算することによって、波長多重光信号にお
ける、多重信号数情報に対応する電圧を発生する。
【0066】レベル変換回路42は、多重信号数情報に
対応する電圧をレベル変換してリファレンス電圧を発生
する。光出力制御回路25は、受光素子8からの光出力
レベルを検出した出力電圧と、レベル変換回路42から
のリファレンス電圧とを比較して、誤差電圧に応じてト
ランジスタ43を制御して、励起LD2に対する駆動電
流を発生させる。励起LD2は、これによって強度を制
御された励起光を発生し、これによって信号光出力が、
多重信号数に応じたレベルで常に一定に保たれる。
【0067】図7は、本発明の実施例(2) を示したもの
であって、波長多重光信号における各波長信号の有無を
検出する方式の例を示したものである。光端局装置側に
おいて、461 は波長λ1 の光を周波数f1 で変調して
変調光信号を発生する変調光信号発生部、462 は波長
λ2 の光を周波数f2 で変調して変調光信号を発生する
変調光信号発生部、47は各波長の光信号を合成して波
長多重光信号を発生する波長多重部(WDM MUX)
である。48は光信号を伝送する光ファイバである。光
増幅器側において、49は分岐器28で分岐された光信
号を電気信号に変換する受光素子、501 は変換された
電気信号から周波数f1 の信号を抽出する帯域通過フィ
ルタ(BPF)、502 は変換された電気信号から周波
数f2 の信号を抽出する帯域通過フィルタ(BPF)、
511 は周波数f1 の信号のレベルを判定して、波長λ
1 の光信号の有無を示す情報を発生するレベル判定部、
512 は周波数f2 の信号のレベルを判定して、波長λ
2 の光信号の有無を示す情報を発生するレベル判定部で
ある。
【0068】光端局装置側において、送信信号ごとに波
長識別用の周波数(位相)変調を与える。すなわち波長
λ1 の送信光信号には周波数f1 の変調を与え、波長λ
2 の送信光信号には周波数f2 の変調を与えて、WDM
MUX47により波長多重化した波長多重光信号とし
て送出する。
【0069】光増幅器側において、信号光入力の一部を
電気信号に変換し、それぞれ帯域通過フィルタ501
502 によって周波数f1 ,f2 の成分を抽出し、レベ
ル判定器511 ,512 によりレベル判定を行ない、各
波長の信号光の有無、すなわち、波長多重光信号に含ま
れる光信号の数の情報を得るもので、受光素子49と、
帯域通過フィルタ501 ,502 とレベル判定器5
1 ,512 とにより多重光信号情報検出手段を構成し
ている。一般的には、実施例(1) のようにWDMフィル
タによって、各波長の信号光を分離して、光信号数情報
を得るよりも、実施例(2) のように、一旦電気信号に変
換してフィルタによって検出する方式の方が、コスト的
には有利である。
【0070】なお、光ファイバにおいては、伝送光のス
ペクトル純度が高くかつそのレベルがある閾値以上の場
合、誘導ブリルアン散乱が発生して、光の伝送が妨げら
れるようになるが、これに対して、信号光に位相または
周波数変調を与えてスペクトル帯域を広くすることによ
って、誘導ブリルアン散乱を抑制しながら、伝送光のレ
ベルを高くすることができるので、実施例(2) のように
することによって、誘導ブリルアン散乱の発生を防止す
る作用を兼ねさせることもできる。
【0071】この場合における変調周波数は、ある程度
高くないと誘導ブリルアン散乱を有効に抑制することが
できないとともに、またあまり周波数が高いと、変調光
信号発生部において、LDの駆動電流を振幅変調するこ
とによって、LDの発生光の周波数変調を行なう際の、
振幅変調/周波数変調の変換効率が低下し、周波数変調
幅が狭くなって、誘導ブリルアン散乱抑制の効果が低下
する。そこで、実施例(2) を実現する変調周波数も、こ
のような、誘導ブリルアン散乱抑制のために適した周波
数とすることが望ましい。
【0072】図8は、本発明の実施例(3) を示したもの
であって、ポストアンプとして用いられた場合の波長多
重光増幅器を示している。図3および図7におけると同
じものを同じ番号で示し、55は波長多重光信号を各波
長の光信号に分離するWDMフィルタ、561,562
それぞれ波長λ1 ,λ2 の光信号を電気信号に変換する
受光素子、571,572 はそれぞれ受光素子561,56
2 の出力信号のレベルを検出するレベル検出器、58,
59は比較器、60〜63はダイオードである。
【0073】図8においては、簡単のため2波多重の場
合を示している。WDMフィルタ55は、分岐器7で分
岐された光出力から波長λ1 の光信号と波長λ2 の光信
号とを分離し、受光素子561,562 はそれぞれの光信
号を電気信号に変換し、レベル検出器571,572 は、
それぞれの電気信号のレベルを検出する。
【0074】一方、WDMフィルタ29は、分岐器28
で分岐された光入力から波長λ1 の光信号と波長λ2
光信号とを分離し、受光素子301,302 はそれぞれの
光信号を電気信号に変換し、入力断検出回路311,31
2 は、それぞれの電気信号のレベルによって、各波長λ
1 ,λ2 の光信号の断を検出する。
【0075】比較器58,59は、それぞれレベル検出
器571,572 で検出された各波長の光信号のレベル
を、基準レベルVREF1, REF2と比較して、比較結果を
ダイオード62,63からなる論理回路を経て出力し
て、駆動回路4を制御する。これによって、最も利得を
必要とする波長の光信号によって、励起LD2が出力す
る励起光の強度にフィードバックがかかって、各波長の
光信号のレベル差が少なくなるように制御が行なわれ
る。
【0076】また、入力断検出回路311,312 のいず
れかにおいて、対応する波長の光入力の断が検出され
て、その出力が0Vになると、ダイオード60,61か
らなる論理回路によって、断になった波長の光入力に対
応する比較器の出力レベルが低下する。その結果、駆動
回路4は、光出力が存在する波長の光信号に対応するフ
ィードバック制御に応じて動作して励起LDを駆動し、
これによって、EDF1が過大な励起状態になることが
防止される。
【0077】従って、図8に示された実施例によれば、
前述の第2の問題点である利得の波長依存性に基づく信
号レベル低下を補償することが可能となる。
【0078】図9は、本発明の実施例(4) を示したもの
であって、図4におけると同じものを同じ番号で示して
いる。
【0079】図9に示された実施例においては、波長
1.535μmの信号光1と波長1.557μmの信号
光2とからなる波長多重光信号を、アイソレータ5を経
てEDF1に入力する。一方、励起LD35からの波長
1.48μmの励起光と、励起LD36からの波長0.
98μmの励起光とを合波器37を介して合波して、W
DMカプラ22を介して、EDF1に入力して励起状態
にする。
【0080】これによってEDF1において波長多重光
信号入力に対する増幅作用が行なわれ、増幅された波長
多重光信号によって、アイソレータ6を経て信号光出力
を発生する。
【0081】この際、EDF1は波長1.48μmの励
起光と波長0.98μmの励起光とによって励起されて
いるので、図5に示されたように平坦な利得特性によっ
て、波長1.535μmの信号光と波長1.557μm
の信号光とからなる波長多重光信号を増幅することがで
きる。
【0082】図10は、本発明の実施例(5) を示したも
のであって、図9におけると同じものを同じ番号で示
し、65はWDMカプラである。
【0083】図10において、励起LD35からの波長
1.48μmの励起光は、WDMカプラ22を介して後
方からEDF1に入射され、励起LD36からの波長
0.98μmの励起光は、WDMカプラ65を介して前
方からEDF1に入射される。
【0084】これによって、EDF1は波長1.48μ
mの励起光と波長0.98μmの励起光とによって励起
されるので、図5に示されたように平坦な利得特性によ
って、波長1.535μmの信号光と波長1.557μ
mの信号光とからなる波長多重光信号を増幅することが
できる。
【0085】図11は、本発明の実施例(6) を示したも
のであって、図9におけると同じものを同じ番号で示
し、67は信号光出力を分岐する分岐器、68は波長
1.535μmの信号光と波長1.557μmの信号光
と分離するWDMフィルタ、69,70はそれぞれ波長
1.535μmの信号光と波長1.557μの信号光を
電気信号に変換する受光素子、71は受光素子69,7
0の出力信号レベルを比較する比較器、72は、比較器
71における比較結果に応じて、波長1.48μmの励
起光を発生する励起LD35と、波長0.98μmの励
起光を発生する励起LD36とのいずれか一方の励起光
強度を大きくするように制御するコントローラである。
【0086】信号光出力を分岐器67で分岐して、WD
Mフィルタ68を介して波長1.535μmの信号光と
波長1.557μmの信号光とに分離し、電気信号に変
換して比較器71においてそれぞれのレベルを比較す
る。比較の結果、例えば、波長1.535μmの信号光
の方が光レベルが高い場合は、励起LD35を制御して
波長1.48μmの励起光の強度を増大させ、逆に、波
長1.557μmの信号光の方が光レベルが高い場合
は、励起LD36を制御して波長0.98μmの励起光
の強度を増大させるように制御する。
【0087】このようにすることによって、信号光出力
における波長1.535μmの信号光のレベルと、波長
1.557μmの信号光のレベルとの差を最小に保つこ
とができる。
【0088】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長多重
光増幅装置は、波長多重光信号に含まれる光信号の数の
情報に従った増幅光出力レベルになるように、光出力制
御手段によって励起LDの励起光パワーを制御するの
で、受信側において、所要受信光レベルを確保できなく
なったり、または受信光レベルが過大になってエラーを
発生する等の悪影響が生じることを防止できる。
【0089】又異なる周波数で変調した光信号を波長多
重化した波長多重光信号をEDF1等の光増幅手段によ
り増幅する時に、変調周波数成分を周波数対応に検出し
て、波長多重光信号に含まれる光信号の数の情報を求め
るものであるから、自動的に、光信号の数の情報を求め
てEDF1等の光増幅手段を制御し、光信号数に従った
光出力レベルとなるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成(1) を示す図である。
【図2】本発明の原理的構成(2) を示す図である。
【図3】本発明の原理的構成(3) を示す図である。
【図4】本発明の原理的構成(4) を示す図である。
【図5】原理的構成(4) の場合の利得特性を示す図であ
る。
【図6】本発明の実施例(1) を示す図である。
【図7】本発明の実施例(2) を示す図である。
【図8】本発明の実施例(3) を示す図である。
【図9】本発明の実施例(4) を示す図である。
【図10】本発明の実施例(5) を示す図である。
【図11】本発明の実施例(6) を示す図である。
【図12】従来の光増幅器制御方式の例を示す図であ
る。
【図13】従来の波長多重光増幅器の例を示す図であ
る。
【図14】従来の2波長多重光増幅器の構成例を示す図
である。
【図15】図14に示された2波長多重光増幅器におけ
る利得特性を示す図である。
【図16】波長多重光増幅器における利得測定系の構成
例を示す図である。
【図17】波長多重光増幅器における利得特性を説明す
る図である。
【図18】ゲインチルトの例を示す図である。
【図19】波長多重光増幅器における利得特性の変化を
示す図である。
【図20】励振波長の変化によるdG/dλの変化の傾
向を示す図である。
【符号の説明】
1 エルビウムドープドファイバ(EDF) 2 励起レーザダイオード(LD) 4 駆動回路 5 アイソレータ 6 アイソレータ 7 分岐器 8 受光素子 11 分岐器 12 受光素子 22 波長多重(WDM)カプラ 25 光出力制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04J 14/00 14/02 (72)発明者 田川 憲治 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 稲垣 真也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 宿南 宣文 北海道札幌市中央区北一条西2丁目1番 地 富士通北海道ディジタル・テクノロ ジ株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−202306(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 501 H01S 3/06 H01S 3/10

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異
    なる変調周波数で変調して多重化した波長多重光信号を
    増幅出力する光増幅手段と、 前記波長多重光信号を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段により変換された電気信号を前記変調周波
    数毎に分離する変調周波数成分検出手段と、 前記光増幅手段の出力レベルを検出する検出手段と、 前記検出手段による検出信号と、前記変調周波数成分検
    出手段による光信号の数の情報とを基に前記光増幅手
    段の出力レベルを、前記波長多重化された光信号の数に
    対応したレベルに制御する光出力制御手段とを備えたこ
    とを特徴とする波長多重光増幅装置。
  2. 【請求項2】 複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異
    なる位相変調で変調して多重化した波長多重光信号を増
    幅出力する光増幅手段と、 前記波長多重光信号を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段により変換された電気信号を前記位相変調
    毎に分離する変調位相成分検出手段と、 前記光増幅手段の出力レベルを検出する検出手段と、 前記検出手段による検出信号と、前記位相変調成分検出
    手段による光信号の数の情報とを基に、前記光増幅手段
    の出力レベルを、前記波長多重化された光信号の数に対
    応したレベルに制御する光出力制御手段とを備えたこと
    を特徴とする波長多重光増幅装置。
  3. 【請求項3】 複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異
    なる変調周波数で変調して多重化した波長多重光信号を
    増幅出力する光増幅手段と、 前記波長多重光信号を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段により変換された電気信号を前記変調周波
    数毎に分離する変調周波数成分検出手段と、 前記変調周波数成分検出手段よる各周波数成分のレベル
    に対応した各波長の光信号のレベルを基に、前記光増幅
    手段の出力レベルを、前記波長多重化された光信号の数
    に対応したレベルに制御する光出力制御手段とを備えた
    ことを特徴とする波長多重光増幅装置。
  4. 【請求項4】 複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異
    なる位相変調で変調した多重化信号を増幅出力する光増
    幅手段と、 前記波長多重光信号を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段により変換された電気信号を前記位相変調
    毎に分離する位相変調成分検出手段と、 前記位相変調成分検出手段よる各位相変調成分のレベル
    より得られる、各波長の光信号のレベルを基に、前記光
    増幅手段の出力レベルを、前記波長多重化された光信号
    の数に対応したレベルに制御する光出力制御手段とを備
    えたことを特徴とする波長多重光増幅装置。
  5. 【請求項5】 複数波長の光信号にそれぞれ波長識別用
    の周波数又は位相変調を与える変調光信号発生部と、該
    変調光信号発生部からの各波長の光信号を合成して波長
    多重光信号を発生する波長多重部とを含む光端局装置
    と、 該光端局装置からの波長多重光信号を伝送する光ファイ
    バと、 該波長多重光信号を電気信号に変換して得られる信号か
    ら各変調周波数または各位相変調の成分を分離し、該各
    変調成分の有無を検出することによって前記多重信号数
    を判定する波長多重光増幅装置とを有することを特徴と
    する光通信システム。
  6. 【請求項6】 前記請求項5記載の光通信システムに於
    いて、前記波長識別用の周波数を、波長多重光信号を伝
    送する光ファイバに於ける誘導ブリルアン散乱を抑圧す
    るのに適した周波数に選定したことを特徴とする光通信
    システム。
  7. 【請求項7】 複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異
    なる変調周波数で変調して多重化した波長多重光信号を
    増幅出力する光増幅手段と、 前記波長多重光信号を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段により変換された電気信号を前記変調周波
    数毎に分離する変調周波数成分検出手段と、 前記変調周波数成分検出手段より各波長の光信号の有無
    を検出する信号光断検出手段と、 前記光増幅手段より出力される波長多重光信号を分岐
    し、波長分離フィルタによって波長多重光信号を各波長
    の光信号に分離し、各波長の光信号の強度を検出する出
    力信号強度検出手段と、 前記信号光断検出手段による信号光断に関する情報と、
    前記出力信号光強度検出手段による各波長の光信号の強
    度に関する情報とを基に、前記波長多重化された光信号
    の波長間のレベル差が少なくなるように、前記光増幅手
    段の出力レベルを制御する光出力制御手段とを備えた
    とを特徴とする波長多重光増幅装置。
  8. 【請求項8】 複数の異なる波長の光信号をそれぞれ異
    なる位相変調で変調して多重化した波長多重光信号を増
    幅出力する光増幅手段と、 前記波長多重光信号を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段により変換された電気信号を前記位相変調
    毎に分離する位相変調成分検出手段と、 前記位相変調成分検出手段より各波長の光信号の有無を
    検出する信号光断検出手段と、 前記光増幅手段より出力される波長多重光信号を分岐
    し、波長分離フィルタによって波長多重光信号を各波長
    の光信号に分離し、各波長の光信号の強度を検出する出
    力信号強度検出手段と、 前記信号光断検出手段による信号光断に関する情報と、
    前記出力信号光強度検出手段による各波長の光信号の強
    度に関する情報とを基に、前記波長多重化された光信号
    の波長間のレベル差が少なくなるように、前記光増幅手
    段の出力レベルを制御する光出力制御手段とを備えた
    とを特徴とする波長多重光増幅装置。
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