JP3940926B2 - 波長多重光増幅装置 - Google Patents

Description

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置に関する。

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。

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。

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、光通信システムに於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。

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。

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。

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に於いては、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。

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に於いて検出されたレベルと基準電圧ＶREF とを比較し、誤差に応じて駆動回路４を制御して励起ＬＤ２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、信号光出力を一定に保つ。

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、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、受信側に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。

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。

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。

このように従来の波長多重光増幅器に於いては、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。

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於いて、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。

図１４は、従来の２波長多重光増幅器の構成例を示し、図１２と同一符号は同一名称のものであり、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。

合波器２１は、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を経て出力される。

図１５は、図１４に示された２波長多重光増幅器に於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１．４８μｍ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、１．５５μｍ帯側の光伝送が困難になるおそれがある。

図１６は、波長多重光増幅器に於ける利得測定系の構成例を示したものであって、図１４に於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。

合波器２１に於いて、信号光１（λ＝１．５６μｍ）と、信号光２（λ＝１．５３μｍ〜１．５７μｍ）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。
米国特許第５３４５３３２号明細書

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、受信部に於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、光増幅器に於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、受信部に於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於ける第１の問題点である。

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、受信側に於いて各波長光のレベル差を生じ、受信部に於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於ける第２の問題点である。

図１３に示された従来の波長多重光増幅器に於いては、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。

図１７は、波長多重光増幅器に於ける利得特性を説明するものであって、（ａ）はＮ2 ／（Ｎ2 −Ｎ1）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。

図１７に於いて、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１．５５μｍ付近の利得ｇ（λ＝１．５５μｍ）より大きくなる。逆にＮ2 ／（Ｎ2 −Ｎ1）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＝１．５３５μｍ）がｇ（λ＝１．５５μｍ）より小さくなる。

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。

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。図中に於いて、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１．５７μｍまで変化させた場合を示している。

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、波長が短い領域に於いて信号光２の光出力が低下して、ゲインチルトを生じる。

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。

図１９は、波長多重光増幅器に於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。

図１９に於いて（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。

図２０は、励振波長の変化によるｄＧ／ｄλ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に於ける（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。

図２０に於いて、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。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するもので、第１の波長帯域の信号光と第２の波長帯域の信号光とを含む波長多重信号光を増幅出力し、各波長帯域の信号光に対する利得差を少なくすることを目的とする。

本発明の波長多重光増幅装置は、第１の波長帯域の信号光と第２の波長帯域の信号光を含む波長多重信号光を増幅出力する希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバに第３の波長の光を入射して励起する第１の励起手段と、前記希土類添加光ファイバに前記第３の波長と異なる第４の波長の光を入射して励起する第２の励起手段と、前記希土類添加光ファイバより出力される波長多重光信号を分岐し、前記第１の波長帯域の信号光と前記第２の波長帯域の信号光とを分離し、各波長帯域の光信号の強度を検出する出力信号光強度検出手段と、前記出力信号光強度検出手段からの情報を基に、前記出力信号光強度検出手段に検出される前記第１の波長帯域の信号光と前記第２の波長帯域の信号光との強度差が少なくなるように、前記第１及び第２の励起手段の出力光強度を制御する光出力制御手段とを備えている。

又前記第３の波長の光と前記第４の波長の光とを、それぞれ前記希土類添加光ファイバの異なる位置に入射して励起する構成を有するものである。

第１の波長帯域の信号光と第２の波長帯域の信号光との増幅出力レベルをほぼ同一とすることができるから、受信側に於いて、所要の受信光レベルを確保できなくなり、又は受信光レベルが過大となって受信処理にエラーが発生すること等の悪影響を防止することができる。

第１の波長帯域、例えば、１．５３５μｍの信号光と、第２の波長帯域、例えば、１．５５μｍの信号光とを多重化した波長多重光信号を増幅する希土類添加光ファイバ、例えば、エルビウム（Ｅｒ）ドープ光ファイバと、この希土類添加光ファイバに第３の波長、例えば、０．９８μｍの光を入射して励起する第１の励起手段と、希土類添加光ファイバに、第３の波長と異なる第４の波長、例えば、１．４８μｍの光を入射して励起する第２の励起手段と、希土類添加光ファイバより出力される波長多重光信号を分岐して、第１の波長帯域の信号光と第２の波長帯域の信号光とを分離し、各波長帯域の光信号の強度を検出する出力信号光強度検出手段と、この出力信号光強度検出手段からの情報を基に、第１の波長帯域の信号光と第２の波長帯域の信号光との強度差が少なくなるように、第１及び第２の励起手段の出力光強度を制御する光出力制御手段とを備えている。

図１に於いて、図１４及び図１６と同一符号は同一名称部分を示し、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２５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。

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。

図１の構成に於いて、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。この際に於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。

図２に於いて、図１と同一符号は同一名称部分を示し、２７は信号光入力に於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。この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。

図３に於いて、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（ＷＤＭ）フィルタ、３０1 〜３０Nはそれぞれ波長λ1 〜λN の成分光を電気信号に変換する受光素子、３１1 〜３１N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。

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。

図４に於いて、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、利得特性を示したものである。第１の波長帯域、例えば、１．５３５μｍの信号光１と、第２の波長帯域、例えば、１．５５μｍの信号光２とを合波器２１により合波して多重化した波長多重光信号を、アイソレータ５を介して、ＥＤＦ１（希土類添加光ファイバ、例えば、エルビウム（Ｅｒ）ドープ光ファイバ）に入力し、第３の波長、例えば、０．９８μｍの光を入射して励起する第１の励起手段、即ち、励起ＬＤ３６と、第３の波長と異なる第４の波長、例えば、１．４８μｍの光を入射して励起する第２の励起手段、即ち、励起ＬＤ３５とからの励起光を合波器３７とＷＤＭカプラ２２とを介してＥＤＦ１に入射し、ＥＤＦ１による増幅出力光をアイソレータ６を介して増幅出力光とする。

励起ＬＤ３６と励起ＬＤ３５とを、光出力制御手段、即ち、前述の光出力制御回路２５により制御して、第１の波長帯域の例えば１．５３５μｍの信号光１と第２の波長帯域の例えば１．５５μｍの信号光２とに対する利得差を小さくするようにする。即ち、図１５の（ａ）の利得特性と、（ｂ）の利得特性との中間の利得特性を示す図５の実線曲線の特性を得ることができる。

前述の各部の構成による簡単に作用を説明する。(1)．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。

従って、受信側に於いて、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。

(2) ．(1) に於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。

(3) ．(1) に於ける光増幅器の光出力レベルの制御方法としては、波長多重光信号に於ける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。

(4) ．(1) に於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。

(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。

(6) ．(1) に於ける光増幅器の光出力レベルの制御方法としては、信号光入力に於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。

(7) ．(6) に於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。

(8) ．(6) に於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、光増幅器内に於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。

(9) ．(8) に於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。

(10) ．本発明の波長多重光増幅器に於いては、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。

従って波長多重光増幅器に於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。

(11) ．(10)に於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。

(12) ．(10)に於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、光増幅器内に於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。

(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。

(14) ．光増幅器に於いては、波長１．５３５μｍ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１．５３５μｍ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小さくなる現象がある。

本発明の波長多重光増幅器に於いては、このような場合に波長０．９８μｍ帯の光と波長１．４８μｍ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。

(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。

(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於いて入射して励起するようにしてもよい。

図６に於いて、図３と同一符号は同一名称部分を示し、４１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。４３は励起ＬＤ２を駆動するトランジスタである。

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３１1 〜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 からの出力を加算することによって、波長多重光信号に於ける、多重信号数情報に対応する電圧を発生する。

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。

図７は、波長多重光信号に於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。光端局装置側に於いて、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。光増幅器側に於いて、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λ1 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λ2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。

光端局装置側に於いて、送信信号ごとに波長識別用の周波数（位相）変調を与える。即ち、波長λ1 の送信光信号には周波数ｆ1 の変調を与え、波長λ2 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。

光増幅器側に於いて、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５１1 ，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、図６に示すように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、図７に示すように、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。

なお、光ファイバに於いては、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、図７に示す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。

この場合に於ける変調周波数は、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於いて、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、図７に於ける変調周波数も、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。

図８は、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に於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 はそれぞれ波長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５６1,５６2 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。

図８に於いては、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。

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 の光信号とを分離し、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３１1,３１2 は、それぞれの電気信号のレベルによって、各波長λ1 ，λ2 の光信号の断を検出する。

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, ＶREF2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。

また、入力断検出回路３１1,３１2 のいずれかに於いて、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。

従って、図８に示された構成によれば、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。

図９は、第１及び第２の励起手段として、励起ＬＤ３６と励起ＬＤ３５とを備えた構成を示し、図４と同一符号は同一名称部分を示す。

図９に示された本発明の実施例は、波長１．５３５μｍの第１の信号光１と、波長１．５５７μｍの第２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、第２の励起ＬＤ３５からの波長１．４８μｍの励起光と、第１の励起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、ＷＤＭカプラ２２を介して、ＥＤＦ１に入力して励起状態にする。

これによってＥＤＦ１に於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。

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、第１の信号光１と第２の信号光２との増幅出力信号光レベルを検出して、第１の励起ＬＤ３６と第２の励起ＬＤ３５とを制御することにより、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。

図１０に示された本発明の実施例は、前方励起と後方励起とを組合せたもので、図９と同一符号は同一名称部分を示し、６５はＷＤＭカプラである。

図１０に於いて、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。

これによって、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。

図１１に示された本発明の実施例は、増幅出力信号光レベルの検出手段を含む構成を示し、図９と同一符号は同一名称部分を示し、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６９，７０の出力信号レベルを比較する比較器、７２は、比較器７１に於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。

ＥＤＦ１による第１の信号光１と第２の信号光２との増幅出力信号光を分岐器６７で分岐して、ＷＤＭフィルタ６８を介して、第１の信号光、即ち、波長１．５３５μｍの信号光と、第２の信号光、即ち、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に於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。

このようにすることによって、信号光出力に於ける波長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。

前述のように、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、受信側に於いて、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。

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。

本発明の原理的構成を示す図である。 本発明の原理的構成を示す図である。 本発明の原理的構成を示す図である。 本発明の原理的構成を示す図である。 原理的構成の利得特性を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 従来の光増幅器制御方式の例を示す図である。 従来の波長多重光増幅器の例を示す図である。 従来の２波長多重光増幅器の構成例を示す図である。 図１４に示された２波長多重光増幅器に於ける利得特性を示す図である。 波長多重光増幅器に於ける利得測定系の構成例を示す図である。 波長多重光増幅器に於ける利得特性を説明する図である。 ゲインチルトの例を示す図である。 波長多重光増幅器に於ける利得特性の変化を示す図である。 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

Claims (1)

1. 第１の波長帯域の信号光と第２の波長帯域の信号光を含む波長多重信号光を増幅出力する希土類添加光ファイバと、
   前記希土類添加光ファイバに第３の波長の光を入射して励起する第１の励起手段と、
   前記希土類添加光ファイバに前記第３の波長と異なる第４の波長の光を入射して励起する第２の励起手段と、
   前記希土類添加光ファイバより出力される波長多重光信号を分岐し、前記第１の波長帯域の信号光と前記第２の波長帯域の信号光とを分離し、各波長帯域の光信号の強度を検出する出力信号光強度検出手段と、
   前記出力信号光強度検出手段からの情報を基に、前記出力信号光強度検出手段に検出される前記第１の波長帯域の信号光と前記第２の波長帯域の信号光との強度差が少なくなるように、前記第１及び第２の励起手段の出力光強度を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。

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