JP6736504B2

JP6736504B2 - 光増幅装置

Info

Publication number: JP6736504B2
Application number: JP2017043038A
Authority: JP
Inventors: 高橋　英憲; 英憲高橋
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2037-03-07
Also published as: JP2018148083A

Description

本発明は、偏波多重光通信システムにおける光増幅装置に関する。

通信システムにおいては、１つの通信媒体の有効利用のため、例えば、多重化技術を使用して、１つの通信媒体で複数の信号を伝送することが行われる。特許文献１は、互いに直交する偏波の光信号を１つの光ファイバコアで伝送する偏波多重光通信システムを開示している。また、光通信システムにおいては、光信号を電気信号に変換することなく、光信号のままで増幅を行う光増幅装置が使用される。特許文献２は、偏波保持光ファイバを用いた光増幅装置を開示している。特許文献２によると、光増幅装置の増幅部として機能するエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）で生じる自然放出光（ＡＳＥ光）のうち、光信号の偏波面に直交する成分を除去するため、偏光子を使用している。

特開２０１４−２２０８２２号公報特開２００３−０３１８７５号公報

特許文献２が開示する光増幅装置は、信号光と直交する成分を偏光子により阻止するため、直交する２つの偏波の信号光を含む光信号の増幅のために使用することはできない。

本発明は、直交する２つの偏波の信号光を含む偏波多重光信号を増幅できる光増幅装置を提供するものである。

本発明の一態様によると、偏波多重光信号を増幅する光増幅装置は、制御手段と、入力される光信号の偏波面を前記制御手段から通知された回転量だけ回転させる第１回転手段と、前記第１回転手段からの光信号を第１偏波と、前記第１偏波とは直交する第２偏波とに偏波分離して、第１偏波の第１光信号と第２偏波の第２光信号と、を出力する分離手段と、前記第１光信号を光増幅する第１増幅手段と、前記第２光信号を光増幅する第２増幅手段と、前記第１増幅手段が出力する第１光信号に含まれる前記第２偏波の成分を抑制する第１抑制手段と、前記第２増幅手段が出力する第２光信号に含まれる前記第１偏波の成分を抑制する第２抑制手段と、前記第１抑制手段が出力する光信号と前記第２抑制手段が出力する光信号とを偏波多重して出力する多重手段と、前記多重手段からの光信号の偏波面を前記制御手段から通知された回転量だけ回転させる第２回転手段と、を備え、前記第１増幅手段及び前記第２増幅手段は、入力される光信号の偏波面を保持して出力し、前記制御手段は、前記第１回転手段の回転量の絶対値と前記第２回転手段の回転量の絶対値が等しく、前記第１回転手段による偏波面の回転方向と前記第２回転手段による偏波面の回転方向が互いに逆となる様に、前記第１回転手段及び前記第２回転手段を制御することを特徴とする。

本発明によると、直交する２つの偏波の信号光を含む偏波多重光信号を増幅することができる。

一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による光増幅装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光増幅装置の構成図である。光増幅装置に入力される偏波多重光信号は、Ｘ偏波の信号光と、Ｘ偏波とは直交する偏波であるＹ偏波の信号光とを含んでいる。分離部１は、偏波多重光信号を偏波分離して、Ｘ偏波の信号光とＹ偏波の信号光とをそれぞれ出力する。偏波保持型増幅部２１は、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を有し、図示しない励起光源からの励起光により、Ｘ偏波の信号光を増幅する。同様に、偏波保持型増幅部２２は、ＥＤＦを有し、図示しない励起光源からの励起光により、Ｙ偏波の信号光を増幅する。なお、偏波保持型増幅部２１及び偏波保持型増幅部２２は、増幅する光信号の偏波面を維持／保持する。したがって、偏波保持型増幅部２１は、増幅されたＸ偏波の信号光を出力し、偏波保持型増幅部２２は、増幅されたＹ偏波の信号光を出力する。なお、偏波保持型増幅部２１及び偏波保持型増幅部２２は、増幅された信号光のみならず、ＥＤＦで生じる自然放出光（ＡＳＥ光）も出力する。つまり、偏波保持型増幅部２１及び偏波保持型増幅部２２は、増幅された信号光とＡＳＥ光を含む光信号を出力する。
なお、ＡＳＥ光の偏波面は、一意ではなく、ＡＳＥ光は、様々な方向の偏波面の成分を含んでいる。

偏光子３１は、Ｙ偏波の光成分を阻止する様に設けられ、増幅されたＸ偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号のうち、Ｙ偏波の光成分を阻止する。したがって、偏光子３１でＸ偏波の信号光は減衰されず、偏光子３１は、Ｙ偏波のＡＳＥ光、つまり、雑音成分を阻止・抑制して、Ｘ偏波の信号光とＸ偏波のＡＳＥ光を含む光信号を出力する。同様に、偏光子３２は、Ｘ偏波の光成分を阻止する様に設けられる。したがって、偏光子３２でＹ偏波の信号光は減衰されず、偏光子３２は、Ｘ偏波のＡＳＥ光、つまり、雑音成分を阻止して、Ｙ偏波の信号光とＹ偏波のＡＳＥ光を含む光信号を出力する。合波部４は、偏光子３１が出力するＸ偏波の光信号と、偏光子３２が出力するＹ偏波の光信号を偏波多重して出力する。

以上、本実施形態によると、偏波多重光信号の光増幅を行うことができる。また、偏光子３１、３２により、不要な雑音成分を抑制でき、よって、信号対雑音比（ＳＮ比）を改良できる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。図２は、本実施形態による光増幅装置の構成図である。なお、第一実施形態の光増幅装置と同様の構成要素には同じ参照符号を付与してその説明は省略する。本実施形態において、偏波コントローラ５１及び偏波コントローラ５２は、入力される光信号の偏波面を４５度だけ回転させて出力する。なお、偏波コントローラ５１及び偏波コントローラ５２の偏波面の回転方向は同じ方向であっても互いに異なる方向であってもよい。したがって、偏波コントローラ５１は、Ｘ偏波の信号光の偏波面を４５度だけ回転させ、Ｚ１偏波の信号光として出力する。同様に、偏波コントローラ５２は、Ｙ偏波の信号光の偏波面を４５度だけ回転させ、Ｚ２偏波の信号光として出力する。なお、偏波コントローラ５１及び偏波コントローラ５２の偏波面の回転方向が同じ方向であると、Ｚ１とＺ２の偏波面は互いに直交する。一方、偏波コントローラ５１及び偏波コントローラ５２の偏波面の回転方向が互いに異なる方向であると、Ｚ１とＺ２の偏波面は同じである。

したがって、本実施形態の偏波保持型増幅部２１は、増幅されたＺ１偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力し、本実施形態の偏波保持型増幅部２２は、増幅されたＺ２偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力する。偏波コントローラ５３は、入力される光信号の偏波面を偏波コントローラ５１とは逆方向に４５度だけ回転させて出力する。同様に、偏波コントローラ５４は、入力される光信号の偏波面を偏波コントローラ５２とは逆方向に４５度だけ回転させて出力する。したがって、偏波コントローラ５３は、増幅されたＸ偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力し、偏波コントローラ５４は、増幅されたＹ偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力する。その後は、第一実施形態と同様である。

ＥＤＦでは、信号光のない偏波のＡＳＥ光の増幅に、増幅のためのエネルギーがとられ、その結果、信号光のゲインが低下する。本実施形態において偏波保持型増幅部２１及び偏波保持型増幅部２２には、Ｘ偏波とＹ偏波の両方の成分を有する信号光が入力されるため、増幅のためのエネルギーを信号光の増幅に効率よく利用でき、よって、Ｓ／Ｎ比をさらに改良することができる。なお、本実施形態では、各偏波コントローラ５１、５２、５３及び５４での偏波面の回転量を４５度としたが、９０度、１８０度及び２７０度を除く任意の他の量とすることができる。この場合、偏波保持型増幅部２１及び偏波保持型増幅部２２に入力されるＸ偏波とＹ偏波のいずれか一方の成分は他方の成分に比べて弱くなるが、信号光が入力されることには変わりなく、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。なお、偏波コントローラ５１、５２、５３及び５４での偏波面の回転量を９０度、１８０度及び２７０度のいずれかとすると、第一実施形態と同様になる。

また、偏波保持型増幅部２１及び２２のＸ偏波とＹ偏波が感じる屈折率に差（複屈折）がある場合、偏波保持型増幅部２１及び２２の出力の偏波状態が入力の偏波状態と異なる場合がある。この場合、各偏波コントローラ５３、５４を調節することで、直線偏波に変換し、且つ各偏光子３１及び３２の軸に一致させることで解決できる。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について、第二実施形態との相違点を中心に説明する。図３は、本実施形態による光増幅装置の構成図である。なお、第二実施形態の光増幅装置と同様の構成要素には同じ参照符号を付与してその説明は省略する。本実施形態においては、光増幅部として、偏波を保持しない、偏波無依存型増幅部６１及び６２を使用する。このため、偏波コントローラ７１及び偏波コントローラ７２は、入力される直線偏波の光信号を、円偏波の光信号に変換して出力する。なお、円偏波の回転方向は、右回転であっても左回転であっても良い。したがって、偏波コントローラ７１は、Ｘ偏波の信号光を円偏波の信号光に変換して出力する。同様に、偏波コントローラ７２は、Ｙ偏波の信号光を円偏波の信号光に変換して出力する。

本実施形態の偏波無依存型増幅部６１及び６２は、それぞれ、増幅された円偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力する。偏波コントローラ７３は、入力される円偏波の光信号をＸ偏波の光信号に変換して出力し、偏波コントローラ７４は、入力される円偏波の光信号をＹ偏波の光信号に変換して出力する。したがって、偏波コントローラ７３は、増幅されたＸ偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力し、偏波コントローラ７４は、増幅されたＹ偏波の信号光と、ＡＳＥ光を含む光信号を出力する。その後は、第二実施形態と同様である。

上記構成により、偏波面を保持しないＥＤＦを使用して偏波多重光信号の光増幅を行うことができる。また、偏光子３１、３２により、不要な雑音成分を抑制でき、よって、信号対雑音比（ＳＮ比）を改良できる。

＜第四実施形態＞
続いて、第四実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。図４は、本実施形態による光増幅装置の構成図である。なお、第一実施形態の光増幅装置と同様の構成要素には同じ参照符号を付与してその説明は省略する。本実施形態の光増幅装置は、第一実施形態の光増幅装置の分離部１の上流側に可変偏波コントローラ８１を設け、第一実施形態の光増幅装置の合波部４の下流側に可変偏波コントローラ８２を設け、さらに、可変偏波コントローラ８１及び可変偏波コントローラ８２による偏波面の回転角度が互いに逆方向で同じ量となる様に同期制御する制御部９を追加した点で、第一実施形態の光増幅装置とは異なる。

たとえば、可変偏波コントローラ８１は、制御部９の制御のもと、光信号の偏波面の回転量を徐々に変化させる。たとえば、所定期間で、偏波面の回転量が０から２πになる様に可変偏波コントローラ８１は制御される。なお、回転量が２π、つまり、０になると、再度、２πに向けて回転量を増加させることを繰り返し行う。可変偏波コントローラ８２は、制御部９の制御のもと、光信号の偏波面の回転量を徐々に変化させる。なお、可変偏波コントローラ８２の偏波面の回転量の絶対値は、可変偏波コントローラ８１での回転量の絶対値と同じで、かつ、その方向は、可変偏波コントローラ８１とは逆向きとする。たとえば、可変偏波コントローラ８１が右回りで４５度の回転量を与えていると、可変偏波コントローラ８１は左回りで４５度の回転量を与えているように、可変偏波コントローラ８１及び可変偏波コントローラ８２は制御部９により制御される。したがって、可変偏波コントローラ８１及び可変偏波コントローラ８２の全体では、偏波面の回転は相殺され、よって、光増幅装置に入力されたＸ偏波の信号光とＹ偏波の信号光を含む偏波多重光信号は、同じくＸ偏波の信号光とＹ偏波の信号光（及びＡＳＥ光）を含む偏波多重光信号として光増幅装置から出力される。

続いて、本実施形態による光増幅装置の利点について説明する。偏波多重光信号に含まれるＸ偏波の信号光とＹ偏波の信号光が同じ変調方式を使用し、かつ、同じデータが連続していると、Ｘ偏波及びＹ偏波のそれぞれと４５度だけその偏波面が異なる直線偏波となり得る。また、光信号の偏波面は、光伝送路での複屈折の影響を受けて変化し得る。仮に上述したように、各信号光が搬送するデータにより、Ｘ偏波及びＹ偏波のそれぞれと４５度だけその偏波面が異なる直線偏波となり、かつ、その偏波面が、光伝送路での複屈折の影響を受けてＸ偏波に一致すると、第一実施形態の構成では、偏波保持型増幅器２２には信号光が入力されない。したがって、偏波保持型増幅器２２は、強いＡＳＥ光のみを出力することになりＳ／Ｎ比が劣化し得る。本実施形態では、可変偏波コントローラ８１が回転量を変化させるため、偏波保持型増幅器２１及び偏波保持型増幅器２２のいずれか一方に光信号が入力されない状態が継続することを防ぐことができ、よって、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑えることができる。

１：分離部、２１、２２：偏波保持型増幅部、３１、３２：偏光子、４：合波部

Claims

偏波多重光信号を増幅する光増幅装置であって、
制御手段と、
入力される光信号の偏波面を前記制御手段から通知された回転量だけ回転させる第１回転手段と、
前記第１回転手段からの光信号を第１偏波と、前記第１偏波とは直交する第２偏波とに偏波分離して、第１偏波の第１光信号と第２偏波の第２光信号と、を出力する分離手段と、
前記第１光信号を光増幅する第１増幅手段と、
前記第２光信号を光増幅する第２増幅手段と、
前記第１増幅手段が出力する第１光信号に含まれる前記第２偏波の成分を抑制する第１抑制手段と、
前記第２増幅手段が出力する第２光信号に含まれる前記第１偏波の成分を抑制する第２抑制手段と、
前記第１抑制手段が出力する光信号と前記第２抑制手段が出力する光信号とを偏波多重して出力する多重手段と、
前記多重手段からの光信号の偏波面を前記制御手段から通知された回転量だけ回転させる第２回転手段と、
を備え、
前記第１増幅手段及び前記第２増幅手段は、入力される光信号の偏波面を保持して出力し、
前記制御手段は、前記第１回転手段の回転量の絶対値と前記第２回転手段の回転量の絶対値が等しく、前記第１回転手段による偏波面の回転方向と前記第２回転手段による偏波面の回転方向が互いに逆となる様に、前記第１回転手段及び前記第２回転手段を制御することを特徴とする光増幅装置。
前記制御手段は、前記第１回転手段の回転量を時間とともに変化させることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
偏波多重光信号を増幅する光増幅装置であって、
入力される光信号を第１偏波と、前記第１偏波とは直交する第２偏波とに偏波分離して、第１偏波の第１光信号と第２偏波の第２光信号と、を出力する分離手段と、
前記第１光信号の偏波面を第１所定量だけ回転させて第３光信号を出力する第１回転手段と、
前記第２光信号の偏波面を第２所定量だけ回転させて第４光信号を出力する第２回転手段と、
前記第３光信号を光増幅する第１増幅手段と、
前記第４光信号を光増幅する第２増幅手段と、
前記第１増幅手段が出力する第３光信号の偏波面を前記第１所定量だけ、前記第１回転手段とは逆方向に回転させた第５光信号を出力する第３回転手段と、
前記第２増幅手段が出力する第４光信号の偏波面を前記第２所定量だけ、前記第２回転手段とは逆方向に回転させた第６光信号を出力する第４回転手段と、
前記第５光信号に含まれる前記第２偏波の成分を抑制する第１抑制手段と、
前記第６光信号に含まれる前記第１偏波の成分を抑制する第２抑制手段と、
前記第１抑制手段が出力する光信号と前記第２抑制手段が出力する光信号とを偏波多重して出力する多重手段と、
を備え、
前記第１増幅手段及び前記第２増幅手段は、入力される光信号の偏波面を保持して出力することを特徴とする光増幅装置。
前記第１所定量及び前記第２所定量は、９０度、１８０度及び２７０度以外の値であることを特徴とする請求項３に記載の光増幅装置。
前記第１所定量及び前記第２所定量は、４５度であることを特徴とする請求項３に記載の光増幅装置。
偏波多重光信号を増幅する光増幅装置であって、
入力される光信号を第１偏波と、前記第１偏波とは直交する第２偏波とに偏波分離して、第１偏波の第１光信号と第２偏波の第２光信号と、を出力する分離手段と、
前記第１光信号を円偏波の第３光信号に変換して出力する第１変換手段と、
前記第２光信号を円偏波の第４光信号に変換して出力する第２変換手段と、
前記第３光信号を光増幅する第１増幅手段と、
前記第４光信号を光増幅する第２増幅手段と、
前記第１増幅手段が出力する前記円偏波の第３光信号を前記第１偏波の第５光信号に変換して出力する第３変換手段と、
前記第２増幅手段が出力する前記円偏波の第４光信号を前記第２偏波の第６光信号に変換して出力する第４変換手段と、
前記第５光信号に含まれる前記第２偏波の成分を抑制する第１抑制手段と、
前記第６光信号に含まれる前記第１偏波の成分を抑制する第２抑制手段と、
前記第１抑制手段が出力する光信号と前記第２抑制手段が出力する光信号とを偏波多重して出力する多重手段と、
を備えていることを特徴とする光増幅装置。
前記第１増幅手段及び前記第２増幅手段は、入力される光信号の偏波面を保持しないことを特徴とする請求項６に記載の光増幅装置。