JP4192364B2

JP4192364B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP4192364B2
Application number: JP32700999A
Authority: JP
Inventors: 晴雄中路; 素貴角井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP2001144352A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多波長の信号光を一括光増幅する光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、光通信システムにおいて光伝送路を伝搬する信号光を光増幅するものであり、多波長の信号光を用いる波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）通信システムにおいても、その多波長の信号光を一括して光増幅することができる。このような光増幅器として、エルビウム（Ｅｒ）元素が添加された光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium-Doped Fiber）を光増幅媒体として用いた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium-Doped Fiber Amplifier）が知られている。
【０００３】
例えば、文献「S. Kinoshita, et al., "Low-Noise and Wide-Dynamic-Range Erbium-Doped Fiber Amplifiers with Automatic Level Control for WDM Transmission Systems." OAA'96, SaA5-1, pp.211-214 (1996)」に記載された光増幅器は、前段増幅部、可変光減衰器および後段増幅部が順に接続されたものである。前段増幅部および後段増幅部それぞれは、Ｅｒ添加光ファイバを光増幅媒体として用いている。前段増幅部は、この前段増幅部の入力信号光レベルおよび出力信号光レベルから求められる利得が一定になるようにＡＧＣ制御（Automatic Gain Control）で信号光を光増幅する。後段増幅部は、この後段増幅部から出力される全ての信号光のパワーが一定になるようにＡＰＣ制御（Automatic Power Control）で信号光を光増幅する。また、可変光減衰器は、この可変光減衰器から出力される各波の信号光のレベルが一定になるようにＡＬＣ制御（Automatic Level Control）で減衰率を設定し、この設定された減衰率で信号光を減衰させる。このようにすることで、この光増幅器は、入力端に接続された光伝送路の損失（スパンロス）の変動に因り入力信号光レベルが変動しても、出力信号光レベルを一定にするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献に記載された構成の光増幅器は、スパンロス変動に対して出力信号光レベルを一定にすることができるものの、ＡＬＣ制御のダイナミックレンジが広いほど雑音特性が劣化するという問題点を有する。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、スパンロス変動があっても出力信号光レベルを一定にすることができ雑音特性が良好な光増幅器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、入力端に入力した多波長の信号光を一括光増幅して出力端に出力する多段構成の光増幅器であって、(1) 入力端に入力した信号光を励起パワー一定制御または出力一定制御で光増幅して出力する前段増幅部と、(2) 信号光に対する減衰率が可変であって、入力端に入力する信号光のレベルの波長依存性に基づいて減衰率を調整し、前段増幅部から出力された信号光を減衰させて出力する第１の可変光減衰器と、(3) 第１の可変光減衰器から出力された信号光を出力一定制御で光増幅して出力する後段増幅部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この光増幅器によれば、入力端に入力した多波長の信号光は、前段増幅部により励起パワー一定制御または出力一定制御で光増幅され、第１の可変光減衰器により減衰され、後段増幅部により出力一定制御で光増幅されて、出力端に出力される。スパンロス変動に因り各波の入力信号光レベルが変動しても、前段増幅部は、励起パワー一定制御または出力一定制御を行うことにより、最大の利得が得られる。したがって、この光増幅器は、広ダイナミックレンジに亘って良好な雑音特性が得られる。
【０００９】
また、本発明に係る光増幅器では、第１の可変光減衰器は、入力端に入力する信号光のレベルの波長依存性に基づいて減衰率を調整することを特徴とする。この場合には、入力端に入力する各波の信号光のレベルがラマン散乱に因り不均一であっても、この光増幅器は、出力端から出力される各波の信号光の出力レベルの偏差を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る光増幅器は、信号光に対する減衰率が可変であって後段増幅部から出力された信号光を減衰させて出力する第２の可変光減衰器を更に備えることを特徴とする。この場合には、光増幅器から出力される信号光レベルを可変とすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る光増幅器では、前段増幅部および後段増幅部それぞれは、入力端に入力する信号光の波数が変動したときには信号光を利得一定制御で光増幅することを特徴とする。この場合には、ＯＡＤＭやＯＸＣ等による伝送中の信号光の波数の変動があったとしても、各波の信号光の出力レベルが一定になるようにＡＬＣ制御を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
先ず、本発明を想到するに到った経緯について説明する。ＷＤＭ通信システムに用いられる光増幅器は、入力信号光レベルが変動しても、出力される各波の信号光のレベルが一定となるようＡＬＣ制御することが重要である。入力信号光レベル変動の要因は主に２つある。第１の要因は、ＯＡＤＭ（Optical Add/Drop Multiplexer）やＯＸＣ（Optical Cross Connect）等による伝送中の信号光の波数の変動である。この第１の要因に対して、光増幅器はＡＧＣ制御で信号光を光増幅することで対応することができる。第２の要因は、スパンロスの変動や光学部品の損失の変動である。この第２の要因に対して、光増幅器はＡＧＣ制御の増幅部と可変光減衰器とを設けることが提案されている。スパンロスは、光伝送路毎に異なっており、また、経時変化する場合もある。このことから、光増幅器は、ＡＬＣ制御が可能な入力信号光レベル変動幅の拡大、すなわち、広ダイナミックレンジ化が要求される。また、光増幅器は優れた雑音特性が要求される。
【００１４】
図１に示すような３段構成の光増幅器１を考える。この光増幅器１は、入力端から出力端へ順に、第１増幅部１１、第２増幅部１２および第３増幅部１３を備えている。また、この光増幅器１は、第１増幅部１１と第２増幅部１２との間に損失媒体１４を備え、第２増幅部１２と第３増幅部１３との間に損失媒体１５を備えている。ここで、第１増幅部１１の利得をＧ1と表し、第１増幅部１１の雑音指数（Noise Factor）をＮＦ1と表す。第２増幅部１２の利得をＧ2と表し、第２増幅部１２の雑音指数をＮＦ2と表す。第３増幅部１３の利得をＧ3と表し、第３増幅部１３の雑音指数をＮＦ3と表す。また、損失媒体１４の損失をα1と表し、損失媒体１５の損失をα2と表す。このとき、光増幅器１の全体の雑音指数ＮＦtは、
【００１５】
【数１】

なる式で表される。
【００１６】
例えば、第１増幅部１１、第２増幅部１２および第３増幅部１３それぞれは、ＡＧＣ制御を行うものとして、利得Ｇ1，Ｇ2およびＧ3が一定であるとする。損失媒体１５は、損失α2が一定であるとする。また、損失媒体１４は、損失α1が可変である可変光減衰器（ＶＯＡ: Variable Optical Attenuator）であるとして、入力信号光レベル変動量と等しい量だけ損失α1を変化させる。すなわち、損失媒体１４の損失α1は、入力信号光レベルに応じて調整されて、入力信号光レベルが最も小さい値（ダイナミックレンジ下限値）であるときには、挿入損失のみの最低値とされ、入力信号光レベルが最も大きい値（ダイナミックレンジ上限値）であるときには、挿入損失とダイナミックレンジ幅とを加えた値とされる。
【００１７】
光増幅器１の雑音指数ＮＦtに関して重要な事項は、入力信号光レベルがダイナミックレンジ下限値であるときにおける雑音指数ＮＦtの値、および、入力信号光レベルの増加量に対する雑音指数ＮＦtの劣化量である。入力信号光レベルがダイナミックレンジ下限値であるときにおける雑音指数ＮＦtをよくする為には、上記(1)式から判るように、第１増幅部１１の利得Ｇ1をできる限り大きくし、損失媒体１４の損失α1をできる限り小さくするのが好ましい。
【００１８】
しかし、第１増幅部１１が固定値の利得Ｇ1で利得一定制御で信号光を光増幅する場合には、その利得Ｇ1は、入力信号光レベルがダイナミックレンジ下限値であるときよりも寧ろダイナミックレンジ上限値であるときの条件で決定される。そして、入力信号光レベルが小さいときには、利得Ｇ1は、第１増幅部１１が有することができる本来の利得（励起パワーを最大にして得られる利得）より小さい値となる。それ故、光増幅器１は、第１増幅部１１が利得一定制御で信号光を光増幅する場合には、雑音指数ＮＦtに関して不利である。本発明は、以上のような考察に基づいてなされたものである。
【００１９】
次に、本発明に係る光増幅器の実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係る光増幅器２の概略構成図である。この光増幅器２は、入力端から出力端へ順に、第１増幅部２１、第２増幅部２２および第３増幅部２３を備えており、多段構成とされている。また、この光増幅器２は、第１増幅部２１と第２増幅部２２との間に可変光減衰器２４を備え、第２増幅部２２と第３増幅部２３との間に利得等化器２５および分散補償器２６を備えている。
【００２０】
第１増幅部２１は、入力端に入力した信号光を励起パワー一定制御（ＡＣＣ制御）または出力一定制御（ＡＰＣ制御）で光増幅して出力する。可変光減衰器２４は、信号光に対する減衰率が可変であり、入力信号光レベル変動量と等しい量だけ減衰量が変化するようフィードフォワード制御され、第１増幅部２１から出力された信号光を該減衰量だけ減衰させて出力する。第２増幅部２２は、可変光減衰器２４から出力された信号光をＡＰＣ制御で光増幅して出力する。利得等化器２５は、第２増幅部２２から出力された多波長の信号光を入力し、出力端から出力される多波長の信号光それぞれのレベルを均一にする。分散補償器２６は、利得等化器２５から出力された信号光を入力し、この光増幅器２が挿入される光伝送路の分散を補償するものである。第３増幅部２３は、分散補償器２６から出力された信号光を利得一定制御（ＡＧＣ制御）で光増幅して出力端へ出力する。
【００２１】
より具体的な光増幅器２の構成は以下のとおりである。第１増幅部２１、第２増幅部２２および第３増幅部２３それぞれは、Ｅｒ元素添加光ファイバ（ＥＤＦ）を光増幅媒体として用いるＥＤＦＡとした。第１増幅部２１は、励起光の波長を０．９８μｍとし、ＥＤＦへの励起光供給方式を前方励起とした。第２増幅部２２は、励起光の波長を１．４８μｍとし、励起光供給方式を双方向励起とした。第３増幅部２３は、励起光の波長を１．４８μｍとし、励起光供給方式を双方向励起とした。分散補償器２６は、損失１０ｄＢの分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）とした。
【００２２】
このように構成される光増幅器２に対し、波長帯域１５３７．３９ｎｍ〜１５６２．２３ｎｍにおいて１００ＧＨｚ間隔の３２波の信号光が入力端に入力するものとして、出力端から出力される３２波の信号光の出力レベルが＋２０．６ｄＢｍ（各波の信号光の出力レベルが＋５．６ｄＢｍ）となるよう設計した。入力端に入力する各波の信号光の入力レベルは、互いに等しく、−２５ｄＢｍ〜−８ｄＢｍの範囲（ダイナミックレンジ幅１７ｄＢ）で変化させた。また、第１増幅部２１をＡＣＣ制御とした。このような光増幅器２の利得および雑音指数それぞれの波長特性を評価した。
【００２３】
図３は、各入力信号光レベルについて利得の波長特性を示すグラフである。このグラフから判るように、ダイナミックレンジ１７ｄＢでの動的利得傾斜（ＤＧＴ: Dynamic Gain Tilt）は０．２ｄＢ以下に抑制された。すなわち、各波の信号光のレベルが一定になるようにＡＬＣ制御を広ダイナミックレンジで高精度に実現することができた。図４は、各入力信号光レベルについて雑音指数の波長特性を示すグラフである。このグラフから判るように、各波の入力信号光レベルがダイナミックレンジ下限である−２５ｄＢｍであるときに光増幅器２の雑音指数は４ｄＢ以下に抑制された。また、第１増幅部２１をＡＰＣ制御とした場合も同様に良好な結果が得られる。
【００２４】
以上のように、スパンロス変動に因り各波の入力信号光レベルが変動しても、第１増幅部２１は、ＡＣＣ制御またはＡＰＣ制御を行うことにより、最大の利得が得られる。したがって、この光増幅器２は、広ダイナミックレンジで、出力される各波の信号光のレベルが一定になるようにＡＬＣ制御を高精度に実現することができ、また、広ダイナミックレンジに亘って良好な雑音特性が得られる。
【００２５】
また、この光増幅器２において、可変光減衰器２４は、入力端に入力する信号光のレベルの波長依存性に基づいて減衰率の波長依存性を調整して、出力端から出力される多波長の信号光それぞれのレベルの偏差が小さくなるようにするのも好適である。例えば、前段の送信器または中継器から出力された多波長の信号光それぞれのレベルが均一であったとしても、光増幅器２の入力端に入力する各波の信号光のレベルは、光伝送路を伝搬する際に生じるラマン散乱に因り不均一になる場合がある。このとき、光増幅器２に入力する各波の信号光のレベルの波長依存性は、図５に示すように略線形である。入力する各波の信号光のレベルの偏差が５ｄＢ程度であっても、可変光減衰器２４の減衰率を調整することで、出力端から出力される各波の信号光のレベルの偏差が小さくなるようにすることができる。図６は、光増幅器２から出力する各波の信号光のレベルの波長特性を示すグラフである。このグラフに示すように、可変光減衰器２４の減衰率を調整することで、出力端から出力される各波の信号光のレベルの偏差を１ｄＢ以下に抑制することができる。
【００２６】
また、図７に示す光増幅器３のように、第３増幅部２３の後段に更に可変光減衰器２７を備えるのも好適である。この可変光減衰器２７は、信号光に対する減衰率が可変であり、第３増幅部２３から出力された信号光を減衰させて出力する。このように可変光減衰器２７を備えることにより、光増幅器３から出力される信号光レベルを可変とすることができる。
【００２７】
さらに、光増幅器２（図２）または光増幅器３（図７）において、第１増幅部２１、第２増幅部２２および第３増幅部２３それぞれは、多波長の信号光の波数が変動したときには信号光を利得一定制御で光増幅するのが好適である。このようにすることにより、ＯＡＤＭやＯＸＣ等による伝送中の信号光の波数の変動があったとしても、このときに信号光を利得一定制御で光増幅することにより、各波の信号光のレベルが一定になるようにＡＬＣ制御を実現することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、前段増幅部により励起パワー一定制御または出力一定制御で光増幅され、第１の可変光減衰器により減衰され、後段増幅部により出力一定制御で光増幅されて、出力端に出力される。スパンロス変動に因り各波の入力信号光レベルが変動しても、前段増幅部は、励起パワー一定制御または出力一定制御を行うことにより、最大の利得が得られる。したがって、この光増幅器は、広ダイナミックレンジに亘って良好な雑音特性が得られる。
【００２９】
また、第１の可変光減衰器が入力端に入力する信号光のレベルに基づいて減衰率を調整する場合には、この光増幅器は、広ダイナミックレンジで、出力端から出力される各波の信号光のレベルが一定になるようにＡＬＣ制御を実現することができる。
【００３０】
また、第１の可変光減衰器が入力端に入力する信号光のレベルの波長依存性に基づいて減衰率の波長依存性を調整する場合には、入力端に入力する各波の信号光のレベルがラマン散乱に因り不均一であっても、この光増幅器は、出力端から出力される各波の信号光のレベルの偏差を小さくすることができる。
【００３１】
また、信号光に対する減衰率が可変であって後段増幅部から出力された信号光を減衰させて出力する第２の可変光減衰器を更に備える場合には、光増幅器から出力される信号光レベルを可変とすることができる。
【００３２】
また、前段増幅部および後段増幅部それぞれが入力端に入力する信号光の波数が変動したときには信号光を利得一定制御で光増幅する場合には、ＯＡＤＭやＯＸＣ等による伝送中の信号光の波数の変動があったとしても、各波の信号光のレベルが一定になるようにＡＬＣ制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光増幅器の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る光増幅器の概略構成図である。
【図３】各入力信号光レベルについて利得の波長特性を示すグラフである。
【図４】各入力信号光レベルについて雑音指数の波長特性を示すグラフである。
【図５】光増幅器に入力する各波の信号光のレベルの波長特性を示すグラフである。
【図６】光増幅器から出力する各波の信号光のレベルの波長特性を示すグラフである。
【図７】本実施形態に係る光増幅器の概略構成図である。
【符号の説明】
２…光増幅器、２１…第１増幅部、２２…第２増幅部、２３…第３増幅部、２４…可変光減衰器、２５…利得等化器、２６…分散補償器、２７…可変光減衰器。

Claims

入力端に入力した多波長の信号光を一括光増幅して出力端に出力する多段構成の光増幅器であって、
前記入力端に入力した信号光を励起パワー一定制御または出力一定制御で光増幅して出力する前段増幅部と、
信号光に対する減衰率が可変であって、前記入力端に入力する信号光のレベルの波長依存性に基づいて減衰率を調整し、前記前段増幅部から出力された信号光を減衰させて出力する第１の可変光減衰器と、
前記第１の可変光減衰器から出力された信号光を出力一定制御で光増幅して出力する後段増幅部と
を備えることを特徴とする光増幅器。
信号光に対する減衰率が可変であって前記後段増幅部から出力された信号光を減衰させて出力する第２の可変光減衰器を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
前記前段増幅部および前記後段増幅部それぞれは、前記入力端に入力する信号光の波数が変動したときには信号光を利得一定制御で光増幅することを特徴とする請求項１記載の光増幅器。