JP3893963B2 - Optical amplifier and optical communication system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光が供給された光導波路において信号光を光増幅する光増幅器、および、この光増幅器を含む光通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムは、光ファイバ伝送路に信号光を伝搬させることで、大容量の情報を高速に伝送することができる。この光通信システムにおける信号光の波長帯域として、Cバンド(1530nm〜1565nm)が既に使用され、Lバンド(1565nm〜1625nm)の使用も検討されている。また、更なる大容量化を図る為に、信号光波長帯域としてSバンド(1460nm〜1530nm)の使用も検討されている。
【0003】
また、光通信システムでは、信号光を光増幅するために光増幅器が用いられる。CバンドまたはLバンドの信号光を光増幅することができる光増幅器として、Er(エルビウム)元素が光導波領域に添加された光増幅用ファイバ(EDF: Erbium Doped Fiber)を光増幅媒体として用いるEDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)が用いられる。このEDFAは、EDFに励起光(波長0.98μm帯または1.48μm帯)を供給することで、このEDFを伝搬するCバンドまたはLバンドの信号光を光増幅することができる。
【0004】
一方、Sバンドの信号光を光増幅することができる光増幅器として、Tm(ツリウム)元素が光導波領域に添加された光増幅用ファイバ(TDF: Thulium Doped Fiber)を光増幅媒体として用いるTDFA(Thulium Doped Fiber Amplifier)が検討されている。このTDFAは、TDFに励起光(波長1.05μm帯、1.4μm帯または1.55〜1.65μm帯)を供給することで、このTDFを伝搬するSバンドの信号光を光増幅することができる。
【0005】
EDFAがErイオンの3準位系の遷移を利用するものであるのに対して、TDFAはTmイオンの4準位系の遷移を利用するものである。このことから、TDFAでは、TDFの長さが一定であっても、利得平坦度の劣化を招くことなく、利得の大きさを変更することができる(例えば文献1「T. Sakamoto, et al., "Gain-equalized thulium-doped fiber amplifiers for 1460nm-based WDM signals", OAA'99, Technical Digest, WD2 (1999)」参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、TDFAは以下のような問題点を有していることを本願発明者は見出した。
【0007】
図17は、EDFAおよびTDFAそれぞれの動作を比較して説明する図である。同図(a)は、EDFAにおける非飽和利得スペクトル、非飽和吸収スペクトル、反転分布60%時の利得スペクトル、および、反転分布50%時の利得スペクトルそれぞれを示す。また、同図(b)は、TDFAにおける非飽和利得スペクトル、非飽和吸収スペクトル、反転分布60%時の利得スペクトル、および、反転分布50%時の利得スペクトルそれぞれを示す。各利得スペクトルは、非飽和利得スペクトルおよび非飽和吸収スペクトルに基づいて算出され得る。この図に示されるように、EDFAの場合と比較してTDFAの場合には、光増幅に与るイオンの数が励起光パワーにより変動するので、利得傾斜の変動を生ずることなく、利得スペクトルを定数倍に変化させることが可能である。このように、TDFAでは、TDFの長さが一定であっても、利得平坦度の劣化を招くことなく、利得の大きさを変更することができる。また、TDFAでは反転分布が大きくなると利得スペクトルが長波長側にシフトする。
【0008】
しかし、上記の文献1におけるTDFAの記載では、多波長の信号光を多重化して伝送する波長分割多重(WDM: Wavelength Division Multiplexing)光通信システムにおける実際の動作状態が考慮されていない。すなわち、この文献1では、TDFAに入力する信号光の波数が4チャネルであって、各チャネルの信号光のパワーが−19dBmであり、これらを一定として、利得のみを変更している。また、TDFに供給される励起光のパワーが630mW以上であるのに対して、光増幅されて出力される全信号光のパワーが11dBmであり、両者の比が2%以下であって、励起効率が非常に低い。
【0009】
WDM光通信システムにおいて用いられる光増幅器は、光ファイバ伝送路の伝送損失(スパンロス)の変動等に因り入力信号光パワーが変動したときに、出力信号光パワーが一定の設計値に維持されるように利得の大きさを変える必要がある。この制御を自動出力レベル制御(ALC: Automatic Level Control)という。それ故、入力信号光レベルを一定としながらも利得のみを変更する文献1記載内容は、光増幅器の実際の動作状態と相違する。また、信号光の波数が32チャネルであるとしても、文献1記載内容では、出力信号光パワーは−4dBm/chである。この出力信号光パワーは、陸上幹線系のWDM光通信システムにおいて用いられる光増幅器としては非常に小さい。
【0010】
図18は、従来のALCを行ったときのTDFAの利得スペクトルを示す図である。図19は、従来のALCを行ったときのTDFAの出力信号光パワースペクトルを示す図である。ここでは、TDFAへ入力する全信号光のパワーPinが−4.2dBm,−2.2dBm,−0.2dBmおよび+0.8dBmそれぞれの場合について、出力される全信号光のパワーPoutが+18dBmとなるように励起光パワーを制御した。また、Tm元素添加濃度が2000wt.ppmであって長さが20mであるTDFに対して、信号光伝搬方向と同じ順方向から波長1.05μm帯の励起光を供給するとともに、逆方向からも同波長の励起光を供給して、順方向および逆方向それぞれからTDFに供給される励起光のパワーを互いに等しくした。これらの図に示されるように、入力信号光パワーPinが大きいほど、利得傾斜(利得の波長依存性)が負値から正値へ向かって大きくなっていき、出力信号光パワーの波長依存性も負値から正値へ向かって大きくなっていく。これは、TDFAの利得スペクトルが長波長側へシフトする現象(すなわち利得シフト)とも言える。
【0011】
ところで、文献2「T. Kasamatsu, et al., "Novel 1.50-μm Band Gain-Shifted Thulium-Doped Fiber Amplifier by using Dual Wavelength Pumping of 1.05μm and 1.56μm", OAA'99, Technical Digest, PDP1 (1999)」や特開2001−203413号公報の記載によれば、TDFに波長1.05μm帯の励起光だけでなく波長1.55〜1.65μm帯の励起光をも供給した場合、又は、TDFにおけるTm元素添加濃度が3000wt.ppm以上である場合に、TDFAにおける利得シフトが発生するとされている。しかし、上述したように、TDFAでは、入力信号光パワーが大きくなった場合にも、利得シフトが発生する。
【0012】
また、WDM光通信システムにおいて用いられる光増幅器は、スパンロスの変動等に因り入力信号光パワーが変動したときにALCを行うだけでなく、入力する信号光の波数が変動したときに自動利得制御(AGC: Automatic Gain Control)をも行う必要がある。EDFAの場合にAGCを行うと、利得スペクトル形状は励起方式によらず保持される。一方、TDFAの場合にAGCを行うと、利得スペクトルの形状が変化して、利得平坦度が変化してしまう。
【0013】
図20は、従来のAGCを行ったときのTDFAの利得スペクトルを示す図である。ここでは、TDFAへ入力する全信号光のパワーPinが−4.2dBm,−1.2dBmおよび+0.8dBmそれぞれの場合について、利得ピークが18dBとなるように励起光パワーを制御した。また、Tm元素添加濃度が2000wt.ppmであって長さが20mであるTDFに対して、信号光伝搬方向と同じ順方向から波長1.05μm帯の励起光を供給するとともに、逆方向からも同波長の励起光を供給して、順方向および逆方向それぞれからTDFに供給される励起光のパワーを互いに等しくした。この図に示されるように、入力信号光パワーPinが大きいほど、利得傾斜(利得の波長依存性)が負値から正値へ向かって大きくなっていく。すなわち、入力する信号光の波数が変動したときにも利得シフトが発生する。
【0014】
本発明は、上記の本願発明者の知見に基づいてなされたものであり、入力する信号光のパワーまたは波数が変動した場合であっても、出力する信号光のパワーおよび利得平坦度を一定に維持することができる光増幅器(TDFA)、および、この光増幅器を含む光通信システムを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、(1) Tm元素が光導波領域に添加された光導波路と、(2) 光導波路に波長が異なるまたは励起光の光導波路への供給方向が異なる複数の励起光を供給する励起光供給手段と、(3) 光導波路より出力される光のパワー、および、光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、2波長でモニタするモニタ手段と、(4) モニタ手段によるモニタの結果に基づいて、励起光供給手段により光導波路に供給される複数の励起光のパワーを調整して、光導波路より出力される信号光の前記2波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【0016】
本発明に係る光増幅器によれば、Tm元素が光導波領域に添加された光導波路に対して励起光供給手段により励起光(波長1.05μm帯、1.4μm帯または1.55〜1.65μm帯)が供給され、この光導波路において所定波長帯域(1455〜1485nm)の信号光が光増幅されて出力される。この光導波路より出力される光のパワー、および、この光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかは、モニタ手段により2以上の波長でモニタされる。そして、このモニタ手段によるモニタの結果に基づいて、制御手段により、励起光供給手段により光導波路に供給される励起光のパワーが調整されて、光導波路の利得平坦度が一定にフィードバック制御されるとともに、光導波路より出力される信号光のパワーが一定にフィードバック制御される。
【0017】
また、本発明に係る光増幅器では、モニタ手段は、光導波路の側方に出射される自然放出光のパワーをモニタするのが好適である。この場合には、光導波路の側方に出射される自然放出光がモニタ手段により2以上の波長でモニタされ、このモニタ結果に基づいて制御手段により励起光のパワーが調整される。光導波路に接続される信号光本線から光が取り出されるのでは無く、光導波路の側方に出射される自然放出光がモニタされるので、挿入損の増加が無い点で好適である。
【0018】
また、本発明に係る光増幅器では、モニタ手段は、(1) 光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す第1光分岐カプラと、(2) 第1光分岐カプラにより取り出された光を2分岐する第2光分岐カプラと、(3) 第2光分岐カプラにより2分岐された一方の光に含まれる特定の第1波長の光を選択的に透過させる第1フィルタと、(4) 第2光分岐カプラにより2分岐された他方の光に含まれる特定の第2波長の光を選択的に透過させる第2フィルタと、(5) 第1フィルタを透過した第1波長の光のパワーを検出する第1受光部と、(6) 第2フィルタを透過した第2波長の光のパワーを検出する第2受光部とを有するのが好適である。この場合には、光導波路より出力された光のパワーの一部は、第1光分岐カプラにより分岐されて取り出され、さらに、第2光分岐カプラにより2分岐される。第2光分岐カプラにより2分岐された一方の光に含まれる特定の第1波長の光は、第1フィルタを透過して、第1受光部によりパワーが検出される。また、第2光分岐カプラにより2分岐された他方の光に含まれる特定の第2波長の光は、第2フィルタを透過して、第2受光部によりパワーが検出される。このようにして、光導波路より出力される光のパワーはモニタ手段により2以上の波長でモニタされる。このモニタ手段は簡易な構成で安価である点で好適である。
【0019】
また、本発明に係る光増幅器では、モニタ手段は、(1) 光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す光分岐カプラと、(2) 光分岐カプラにより取り出された光を回折する回折格子と、(3) 回折格子により回折された光に含まれる特定の第1波長の光のパワーを検出する第1受光部と、(4) 回折格子により回折された光に含まれる特定の第2波長の光のパワーを検出する第2受光部とを有するのが好適である。この場合には、光導波路より出力された光のパワーの一部は、光分岐カプラにより分岐されて取り出され、回折格子により回折される。回折格子により回折された光に含まれる特定の第1波長の光のパワーは第1受光部により検出され、回折格子により回折された光に含まれる特定の第2波長の光のパワーは第2受光部により検出される。更に多くの受光部を備えていてもよい。このようにして、光導波路より出力される光のパワーはモニタ手段により2以上の波長でモニタされる。このモニタ手段は、多くの波長で高精度にモニタすることができ、また、入力する信号光の波数の増減にも対応できるので、これらの点で好適である。
【0020】
また、本発明に係る光増幅器では、(1) 励起光供給手段は、波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を出力する第1励起光源と、波長1.55〜1.65μm帯の励起光を出力する第2励起光源とを有し、第1励起光源および第2励起光源それぞれより出力された励起光を光導波路に供給し、(2) 制御手段は、第2励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度を制御し、また、第1励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーを制御するのが好適である。この場合には、第2励起光源より出力され光導波路に供給される波長1.55〜1.65μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、第1励起光源より出力され光導波路に供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。このとき、第2励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーと、第1励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーとを、交互に調整するのが好適である。
【0021】
また、本発明に係る光増幅器では、(1) 励起光供給手段は、波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給し、(2) 制御手段は、光導波路に対して順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度を制御し、また、光導波路に対して逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーを制御するのが好適である。この場合には、光導波路に対して順方向から供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して逆方向から供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。このとき、順方向から供給される励起光のパワーと、逆方向から供給される励起光のパワーとを、交互に調整するのが好適である。
【0022】
また、本発明に係る光増幅器では、(1) 励起光供給手段は、波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給し、(2) 制御手段は、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの比を調整することで、光導波路の利得平坦度を制御し、また、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの和を調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーを制御するのが好適である。この場合には、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーの比が調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーの和が調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【0023】
本発明に係る光増幅器は、(1) Tm元素が光導波領域に添加された光導波路と、(2) 波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を出力する第1励起光源と、波長1.55〜1.65μm帯の励起光を出力する第2励起光源とを有し、第1励起光源および第2励起光源それぞれより出力された励起光を光導波路に供給する供給する励起光供給手段と、(3) 光導波路に入力する信号光の波数またはパワーに基づいて、第2励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。この場合には、励起光供給手段により、第1励起光源から出力された波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光、および、第2励起光源から出力された波長1.55〜1.65μm帯の励起光は、Tm元素が光導波領域に添加された光導波路に供給される。そして、制御手段により、光導波路に入力する信号光の波数またはパワーの函数として、第2励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。ここで、上記函数は、1次函数であってもよいし、2次以上の函数であってもよい。それ故、この光増幅器は、出力信号光のパワー、利得傾斜または波数をモニタして帰還制御する手段を必ずしも有する必要がなく、小型となり安価となるので好適である。
【0024】
本発明に係る光増幅器は、(1) Tm元素が光導波領域に添加された光導波路と、(2) 波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給する励起光供給手段と、(3) 光導波路に入力する信号光の波数またはパワーに基づいて、光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。この場合には、励起光供給手段により、波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光は、Tm元素が光導波領域に添加された光導波路に対して、順方向および逆方向の双方から供給される。そして、制御手段により、光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。それ故、この光増幅器は、出力信号光のパワーまたは波数をモニタして帰還制御する手段を必ずしも有する必要がなく、小型となり安価となるので好適である。
【0025】
また、本発明に係る光増幅器では、光導波路はTm元素がコア領域の一部または全部に添加された光ファイバであるのが好適である。この場合には、導波路長を容易に長くすることができる点で好適である。
【0026】
本発明に係る光通信システムは、上記の本発明に係る光増幅器を含み、信号光を伝送するとともに、この信号光を光増幅器により光増幅することを特徴とする。この光通信システムによれば、所定波長帯域(1455〜1485nm)の信号光は、上記の光増幅器により光増幅される。したがって、所定波長帯域の信号光の伝送品質が優れたものとなる。
本発明に係る制御方法は、Tm元素が添加された光導波路に供給される複数の励起光パワーを、光導波路より出力される光のパワー、および、光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、2波長でモニタした結果に基づき、調整し、それにより光導波路より出力される信号光の2波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御する。前記の励起光は、波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の第一の励起光と、波長1.55〜1.65μm帯の第二の励起光を備え、第二の励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光の2波長間での利得平坦度が一定となるようにALC制御し、第一の励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御するのが好適である。また、前記の励起光は、波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を備え、これを光導波路に順方向と逆方向の双方から供給し、順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光の2波長間での利得平坦度が一定となるように制御し、逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御するのが好適である。
【0027】
【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。
【0028】
(光増幅器の第1実施形態)
先ず、本発明に係る光増幅器の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る光増幅器100の構成図である。この図に示される光増幅器100は、入力ポート101から出力ポート102に向かって順に、光アイソレータ111、光カプラ121、光カプラ122、光増幅用ファイバ140、光カプラ123、光アイソレータ112および光分岐カプラ151を備えている。また、この光増幅器100は、光カプラ121に接続された励起光源131、光カプラ122に接続された励起光源132、光カプラ123に接続された励起光源133、光分岐カプラ151に接続された出力光モニタ部152、側方自然放出光モニタ部160、および、制御部190をも備えている。
【0029】
光増幅用ファイバ140は、フッ化物系ガラスまたはテルライト系ガラスをホストガラスとする光導波路であり、少なくともコア領域にTm元素が添加されているTDFである。光増幅用ファイバ140は、励起光が供給されることにより所定波長帯域(1455〜1485nm)内の波長の信号光を光増幅する。
【0030】
光カプラ121〜123および励起光源131〜133は、光増幅用ファイバ140に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。励起光源131は、波長1.55〜1.65μm帯の励起光P2を出力する。励起光源131として、半導体レーザ光源等が好適に用いられる。一方、励起光源132,133それぞれは、波長1.05μm帯または1.4μm帯の励起光P1を出力する。励起光源132,133として、半導体レーザ励起Nd:YLFレーザ光源、Nd:YAGレーザ光源、Ybレーザ光源、等が好適に用いられる。
【0031】
光カプラ121は、励起光源131から出力された励起光P2を光カプラ122に向けて出力するとともに、光アイソレータ111より入力した信号光をも光カプラ122に向けて出力する。光カプラ122は、励起光源132から出力された励起光P1を光増幅用ファイバ140に順方向より供給するとともに、光カプラ121より入力した信号光および励起光P2を増幅用ファイバ140に向けて出力する。また、光カプラ123は、励起光源133から出力された励起光P1を光増幅用ファイバ140に逆方向より供給するとともに、光増幅用ファイバ140より入力した信号光を光アイソレータ112に向けて出力する。
【0032】
光アイソレータ111,112それぞれは、光を順方向(入力ポート101から出力ポート102へ向かう方向)にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【0033】
光分岐カプラ151は、光アイソレータ112と出力ポート102との間の光路上に設けられており、光増幅用ファイバ140より出力されて光カプラ123および光アイソレータ112を通過した光のパワーの一部を分岐して、その分岐した光を出力光モニタ部152へ向けて出力する。出力光モニタ部152は、光分岐カプラ151より到達した光を入力し、その光のパワーを2以上の波長でモニタする。これにより、出力光モニタ部152は、光増幅器100の利得平坦度をモニタすることができ、また、光増幅器100から出力される信号光のパワーをモニタすることもできる。
【0034】
出力光モニタ部152がモニタする光は、光増幅用ファイバ140において光増幅されて出力された信号光であってもよいし、光増幅用ファイバ140において発生して光増幅された自然放出光であってもよいし、また、光増幅用ファイバ140において光増幅されて出力されたパイロット光であってもよい。パイロット光は、光増幅器100の利得をモニタすることを目的として光増幅器100に入力されるものであって、信号光波長と異なる波長の光であって、好適には、信号光波長帯域内の長波長側および短波長側それぞれに波長が設定される。このパイロット光を用いる場合には、入力する信号光の波数が変動したときであっても、光増幅器100の利得をモニタすることができる。
【0035】
側方自然放出光モニタ部160は、光増幅用ファイバ140の側方に出射される自然放出光のパワーを2以上の波長でモニタする。これにより、側方自然放出光モニタ部160は、光増幅器100の利得平坦度をモニタすることができ、また、光増幅器100から出力される信号光のパワーをモニタすることもできる。この場合、光増幅用ファイバ140に接続される信号光本線から光が取り出されるのでは無く、光増幅用ファイバ140の側方に出射される自然放出光がモニタされるので、挿入損の増加が無い点で好適である。出力光モニタ部152および側方自然放出光モニタ部160それぞれは、互いに同一の構成であってもよく、後に図2および図3を用いて説明する。
【0036】
制御部190は、出力光モニタ部152または側方自然放出光モニタ部160によるモニタ結果を受け取る。そして、制御部190は、このモニタ結果に基づいて、励起光源131〜133それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。
【0037】
この光増幅器100は、出力光モニタ部152または側方自然放出光モニタ部160によるモニタ結果を受け取った制御部190により制御されて動作する。励起光源131から出力された励起光P2は、光カプラ121および光カプラ122を経て光増幅用ファイバ140に順方向から供給される。励起光源132から出力された励起光P1は、光カプラ122を経て光増幅用ファイバ140に順方向から供給される。また、励起光源133から出力された励起光P1は、光カプラ123を経て光増幅用ファイバ140に逆方向から供給される。入力ポート101に入力した信号光は、光アイソレータ111、光カプラ121および光カプラ122を経て光増幅用ファイバ140に入射し、光増幅用ファイバ140において光増幅される。この光増幅用ファイバ140で光増幅された信号光は、光カプラ123、光アイソレータ112および光分岐カプラ151を経て出力ポート102より出力される。光増幅用ファイバ140より出力された光の一部は、光分岐カプラ151により分岐され、2以上の波長でパワーが出力光モニタ部152によりモニタされる。このモニタ結果に基づいて、制御部190により、励起光源131〜133それぞれから出力される励起光のパワーが調整される。
【0038】
図2は、第1実施形態に係る光増幅器100の出力光モニタ部152の構成例を示す図である。この図に示される出力光モニタ部152は、光分岐カプラ1531,1532、光フィルタ1541,1542、および、受光素子1551〜1553を有している。光分岐カプラ1531は、光分岐カプラ151より到達した光を2分岐して、分岐した一方の光を光分岐カプラ1532へ向けて出力し、他方の光を受光素子1553へ向けて出力する。光分岐カプラ1532は、光分岐カプラ1531より到達した光を2分岐して、分岐した一方の光を光フィルタ1541へ向けて出力し、他方の光を光フィルタ1542へ向けて出力する。
【0039】
光フィルタ1541は、光分岐カプラ1532より到達した光を入力して、光増幅用ファイバ140において光増幅される信号光の波長帯域のうち短波長側にある特定波長の光を選択的に透過させる。光フィルタ1542は、光分岐カプラ1532より到達した光を入力して、信号光波長帯域のうち長波長側にある特定波長の光を選択的に透過させる。
【0040】
受光素子1551は、光フィルタ1541を透過した光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部190へ向けて出力する。受光素子1552は、光フィルタ1542を透過した光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部190へ向けて出力する。また、受光素子1553は、光分岐カプラ1531より到達した光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部190へ向けて出力する。
【0041】
したがって、図2に示される出力光モニタ部152は、受光素子1551および1552により、光分岐カプラ151より到達した光のパワーを2波長でモニタすることができ、利得傾斜をモニタすることができる。また、この出力光モニタ部152は、受光素子1553により、光分岐カプラ151より到達した光の全パワーをモニタすることができる。この出力光モニタ部152は簡易な構成で安価である点で好適である。
【0042】
図3は、第1実施形態に係る光増幅器100の出力光モニタ部152の他の構成例を示す図である。この図に示される出力光モニタ部152は、アレイ導波路型回折格子(AWG: Arrayed Waveguide Grating)156および受光素子1571〜157Nを有している。ただし、Nは2以上の整数である。
【0043】
AWG156は、平面基板上に複数本の光導波路がアレイ状に形成されてなる回折格子であって、入力した光を合波または分波して出力することができる。ここでは、AWG156は光分波器として用いられる。すなわち、AWG156は、光分岐カプラ151より到達した光を分波して、その分波した各波長の光を受光素子1571〜157Nへ向けて出力する。受光素子1571〜157Nそれぞれは、AWG156により出力されて到達した各波長の光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部190へ向けて出力する。
【0044】
したがって、図3に示される出力光モニタ部152は、受光素子1571〜157Nにより、光分岐カプラ151より到達した光のパワーをN波長でモニタすることができ、利得傾斜をモニタすることができる。また、この出力光モニタ部152は、受光素子1571〜157Nそれぞれによるモニタ結果に基づいて、光分岐カプラ151より到達した光の全パワーをモニタすることができる。この出力光モニタ部152は、多くの波長で高精度にモニタすることができ、また、入力する信号光の波数の増減にも対応できるので、これらの点で好適である。
【0045】
次に、第1実施形態に係る光増幅器100における制御部190の制御動作について説明する。制御部190による制御は、出力光モニタ部152または側方自然放出光モニタ部160によるモニタ結果(利得傾斜、出力信号光パワー)に基づいてなされるフィードバック制御であり、励起光源131〜133の何れかから出力される励起光のパワーを調整するものである。以下に説明する3つの制御方式がある。
【0046】
第1の制御方式では、制御部190は、モニタされて得られた利得傾斜が正および負の何れであるかを判断して、利得傾斜が正であれば、励起光源131より光増幅用ファイバ140へ供給される励起光P2(波長1.55〜1.65μm帯)のパワーを小さくし、逆に、利得傾斜が負であれば、励起光P2のパワーを大きくする。また、制御部190は、モニタされた出力信号光パワーと設計値とを大小比較して、出力信号光パワーが設計値より小さければ、励起光源132または励起光源133より光増幅用ファイバ140へ供給される励起光P1(波長1.05μm帯または1.4μm帯)のパワーを大きくし、逆に、出力信号光パワーが設計値より大きければ、励起光P1のパワーを小さくする。制御部190は、励起光P1のパワーの制御と励起光P2のパワーの制御とを交互に行うのが好適である。
【0047】
図4は、第1実施形態に係る光増幅器100において第1の制御方式によりALCを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図5は、このときの励起光P2のパワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。ここでは、光増幅器100へ入力する全信号光のパワーPinが−4.2dBm,−3.2dBm,−2.2dBm,−1.2dBm,−0.2dBmおよび+0.8dBmそれぞれの場合について、出力される全信号光のパワーPoutが+18dBmとなるように各励起光のパワーを制御した。励起光源131より光増幅用ファイバ140へ供給される励起光P2の波長は1557nmであった。励起光源132または励起光源133より光増幅用ファイバ140へ供給される励起光P1の波長は1.05μmであった。図4に示されるように、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図5に示されるように、ALC時における励起光P2のパワーは、入力信号光パワーの1次函数または2次函数でよく近似される。
【0048】
図6は、第1実施形態に係る光増幅器100において第1の制御方式によりAGCを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図7は、このときの励起光P2のパワーと入力信号光の波数との関係を示す図である。ここでは、光増幅器100へ入力する信号光の波数が10,12,16,20,26および32それぞれの場合について、利得ピークが18dBとなるように各励起光のパワーを制御した。励起光源131より光増幅用ファイバ140へ供給される励起光P2の波長は1557nmであった。励起光源132または励起光源133より光増幅用ファイバ140へ供給される励起光P1の波長は1.05μmであった。図6に示されるように、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図7に示されるように、AGC時における励起光P2のパワーは、入力信号光の波数の1次函数または2次函数でよく近似される。
【0049】
第2の制御方式では、制御部190は、モニタされて得られた利得傾斜が正および負の何れであるかを判断して、利得傾斜が正であれば、励起光源132より光増幅用ファイバ140へ順方向から供給される励起光(順方向励起光)のパワーを小さくし、逆に、利得傾斜が負であれば、順方向励起光のパワーを大きくする。また、制御部190は、モニタされた出力信号光パワーと設計値とを大小比較して、出力信号光パワーが設計値より小さければ、励起光源133より光増幅用ファイバ140へ逆方向から供給される励起光(逆方向励起光)のパワーを大きくし、逆に、出力信号光パワーが設計値より大きければ、逆方向励起光のパワーを小さくする。制御部190は、順方向励起光のパワーの制御と逆方向励起光のパワーの制御とを交互に行うのが好適である。なお、この第2の制御方式では、励起光源131および光カプラ121は不要であり、光増幅器100は小型で安価なものとなる。
【0050】
この第2の制御方式は、光増幅用ファイバ140に供給される励起光のパワーと利得とが略比例関係にあり、また、利得ピークと反転分布の飽和度合いとが略比例関係にあって、信号光および励起光それぞれのパワーの比の値に対して利得ピークが相関関係を有していることに基づくものである。
【0051】
なお、反転分布の飽和度合いは、信号光パワーが励起光パワーに近づく光増幅用光ファイバ140出力端付近で決定される。このことから、入力信号光パワーが低下するに従って出力信号光パワーも低下するAGCの場合は、これに応じて逆方向励起光パワーを小さくする必要がある。その一方で、AGCでは利得が一定になるように制御する必要があるので、順方向励起光パワーを大きくして、全体の励起光のパワーの変動を小さくすることが必要である。
【0052】
ALCの場合、出力信号光パワーを一定に維持する必要があるので、逆方向励起光パワーの変化を大きくすることはできない。その一方で、入力信号光パワーが低下するに従って利得を大きくする必要がある。そこで、全体の励起光のパワーを大きくするために、順方向励起光パワーを大きくする必要がある。
【0053】
つまり、ALCおよびAGCの何れの場合にも、入力信号光パワーが低下するときには、順方向励起光パワーを大きくする必要がある。第2の制御方式は、このような思想に基づくものである。
【0054】
図8は、第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりALCを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図9は、このときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図であり、図10は、このときの順方向励起光パワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。図10には、1次函数で表される近似曲線も示されている。ここでは、光増幅器100へ入力する全信号光のパワーPinが−4.2dBm,−3.2dBm,−2.2dBm,−1.2dBm,−0.2dBmおよび+0.8dBmそれぞれの場合について、出力される全信号光のパワーPoutが+18dBmとなるように各励起光のパワーを制御した。図8に示されるように、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図10に示されるように、ALC時における順方向励起光パワーは、入力信号光パワーの1次函数でよく近似される。
【0055】
図11は、第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりAGCを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図12は、このときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図であり、図13は、このときの入力信号光の波数と入力信号光パワーとの関係を示す図である。図13には、2次函数で表される近似曲線も示されている。ここでは、光増幅器100へ入力する信号光の波数が10,12,16,20,26および32それぞれの場合について、利得ピークが18dBとなるように各励起光のパワーを制御した。図11に示されるように、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図13に示されるように、AGC時における順方向励起光パワーは、入力信号光の波数の2次函数でよく近似される。
【0056】
第3の制御方式では、制御部190は、モニタされて得られた利得傾斜が正および負の何れであるかを判断して、利得傾斜が正であれば、比(順方向励起光パワー/逆方向励起光パワー)を小さくし、逆に、利得傾斜が負であれば、上記比を大きくする。また、制御部190は、モニタされた出力信号光パワーと設計値とを大小比較して、出力信号光パワーが設計値より小さければ、順方向励起光パワーと逆方向励起光パワーとの和を大きくし、逆に、出力信号光パワーが設計値より大きければ、上記和を小さくする。制御部190は、上記比の制御と上記和の制御とを交互に行うのが好適である。なお、この第3の制御方式でも、励起光源131および光カプラ121は不要である。この第3の制御方式によっても、ALC時に、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。また、AGC時に、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。
【0057】
(光増幅器の第2実施形態)
次に、本発明に係る光増幅器の第2実施形態について説明する。図14は、第2実施形態に係る光増幅器200の構成図である。この図に示される光増幅器200は、入力ポート201から出力ポート202に向かって順に、光分岐カプラ251、光アイソレータ211、光カプラ221、光カプラ222、光増幅用ファイバ240、光カプラ223、光アイソレータ212を備えている。また、この光増幅器200は、光カプラ221に接続された励起光源231、光カプラ222に接続された励起光源232、光カプラ223に接続された励起光源233、光分岐カプラ251に接続された入力光モニタ部252、および、制御部290をも備えている。
【0058】
光増幅用ファイバ240は、フッ化物系ガラスまたはテルライト系ガラスをホストガラスとする光導波路であり、少なくともコア領域にTm元素が添加されているTDFである。光増幅用ファイバ240は、励起光が供給されることにより所定波長帯域(1455〜1485nm)内の波長の信号光を光増幅する。
【0059】
光カプラ221〜223および励起光源231〜233は、光増幅用ファイバ240に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。励起光源231は、波長1.55〜1.65μm帯の励起光P2を出力する。励起光源231として、半導体レーザ光源等が好適に用いられる。一方、励起光源232,233それぞれは、波長1.05μm帯または1.4μm帯の励起光P1を出力する。励起光源232,233として、半導体レーザ励起Nd:YLFレーザ光源、Nd:YAGレーザ光源、Ybレーザ光源、等が好適に用いられる。
【0060】
光カプラ221は、励起光源231から出力された励起光P2を光カプラ222に向けて出力するとともに、光アイソレータ211より入力した信号光をも光カプラ222に向けて出力する。光カプラ222は、励起光源232から出力された励起光P1を光増幅用ファイバ240に順方向より供給するとともに、光カプラ221より入力した信号光および励起光P2を増幅用ファイバ240に向けて出力する。また、光カプラ223は、励起光源233から出力された励起光P1を光増幅用ファイバ240に逆方向より供給するとともに、光増幅用ファイバ240より入力した信号光を光アイソレータ212に向けて出力する。
【0061】
光アイソレータ211,212それぞれは、光を順方向(入力ポート201から出力ポート202へ向かう方向)にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【0062】
光分岐カプラ251は、入力ポート201と光アイソレータ211との間の光路上に設けられており、入力ポート201より入力した光のパワーの一部を分岐して、その分岐した光を入力光モニタ部252へ向けて出力する。入力光モニタ部252は、光分岐カプラ251より到達した光を入力して、光増幅器200に入力する信号光のパワーまたは波数をモニタする。入力光モニタ部252は、図3に示されたものと同様の構成であってもよい。制御部290は、入力光モニタ部252によるモニタ結果を受け取り、このモニタ結果に基づいて、励起光源231〜233それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。なお、光分岐カプラ251および入力モニタ部252は必ずしも設けられていなくてもよく、制御部290は、他の手段から入力信号光のパワーまたは波数を受け取ってもよい。この場合には、光増幅器200は小型となり安価となる。
【0063】
この光増幅器200は、制御部290により制御されて動作する。励起光源231から出力された励起光P2は、光カプラ221および光カプラ222を経て光増幅用ファイバ240に順方向から供給される。励起光源232から出力された励起光P1は、光カプラ222を経て光増幅用ファイバ240に順方向から供給される。また、励起光源233から出力された励起光P1は、光カプラ223を経て光増幅用ファイバ240に逆方向から供給される。入力ポート201に入力した信号光は、光分岐カプラ251、光アイソレータ211、光カプラ221および光カプラ222を経て光増幅用ファイバ240に入射し、光増幅用ファイバ240において光増幅される。この光増幅用ファイバ240で光増幅された信号光は、光カプラ223および光アイソレータ212を経て出力ポート202より出力される。入力ポート201より入力した信号光の一部は、光分岐カプラ251により分岐され、2以上の波長でパワーが出力光モニタ部252によりモニタされる。このモニタ結果に基づいて、制御部290により、励起光源231〜233それぞれから出力される励起光のパワーが調整される。なお、他の手段から受け取った入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、制御部290により、励起光源231〜233それぞれから出力される励起光のパワーが調整されてもよい。
【0064】
次に、第2実施形態に係る光増幅器200における制御部290の制御動作について説明する。制御部290による制御は、入力信号光のパワーまたは波数に基づいてなされるフィードフォワード制御であり、励起光源231〜233の何れかから出力される励起光のパワーを調整するものである。第2実施形態に係る光増幅器200における制御方式は、上記の第1実施形態に係る光増幅器100における第1〜第3の制御方式と略同様である。ただし、第1実施形態ではフィードバック制御であったのに対して、第2実施形態ではフィードフォワード制御である点で相違する。
【0065】
すなわち、第1の制御方式では、図5に示されるように、ALC時における励起光P2のパワーは、入力信号光パワーの1次函数または2次函数でよく近似され、また、図7に示されるように、AGC時における励起光P2のパワーは、入力信号光の波数の1次函数または2次函数でよく近似される。第2または第3の制御方式では、図10に示されるように、ALC時における順方向励起光パワーは、入力信号光パワーの1次函数でよく近似され、また、図13に示されるように、AGC時における順方向励起光パワーは、入力信号光の波数の2次函数でよく近似される。そこで、制御部290は、入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、励起光源231〜233の何れかから出力される励起光のパワーを調整して、第1〜第3の制御方式の何れかを実行する。このようにすることにより、ALC時に、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。また、AGC時に、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。
【0066】
また、本実施形態では、入力信号光のパワーまたは波数をモニタするための手段が必ずしも設けられていなくてもよく、制御部290は他の手段から入力信号光のパワーまたは波数を受け取ってもよい。この場合には、光増幅器200は小型となり安価となるので好適である。なお、本実施形態では、入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、励起光源231〜233の何れかから出力される励起光のパワーを調整することから、その為の演算を制御部290が行う必要がある。しかし、その演算は簡単なものであるから、制御部290にとって殆ど負荷とはならない。
【0067】
(第3実施形態)
次に、本発明に係る光増幅器の第3実施形態について説明する。図15は、第3実施形態に係る光増幅器300の構成図である。この図に示される光増幅器300は、入力ポート301から出力ポート302に向かって順に、光カプラ351、光アイソレータ311、光カプラ321、光カプラ322、光増幅用ファイバ340、光カプラ323、光アイソレータ312、光カプラ353を備えている。また、この光増幅器300は、光カプラ321に接続された励起光源331、光カプラ322に接続された励起光源332、光カプラ323に接続された励起光源333、光カプラ351に接続された監視光モニタ部352、光カプラ353に接続された監視光源354、および、制御部390をも備えている。
【0068】
光増幅用ファイバ340は、フッ化物系ガラスまたはテルライト系ガラスをホストガラスとする光導波路であり、少なくともコア領域にTm元素が添加されているTDFである。光増幅用ファイバ340は、励起光が供給されることにより所定波長帯域(1455〜1485nm)内の波長の信号光を光増幅する。
【0069】
光カプラ321〜323および励起光源331〜333は、光増幅用ファイバ340に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。励起光源331は、波長1.55〜1.65μm帯の励起光P2を出力する。励起光源331として、半導体レーザ光源等が好適に用いられる。一方、励起光源332,333それぞれは、波長1.05μm帯または1.4μm帯の励起光P1を出力する。励起光源332,333として、半導体レーザ励起Nd:YLFレーザ光源、Nd:YAGレーザ光源、Ybレーザ光源、等が好適に用いられる。
【0070】
光カプラ321は、励起光源331から出力された励起光P2を光カプラ322に向けて出力するとともに、光アイソレータ311より入力した信号光をも光カプラ322に向けて出力する。光カプラ322は、励起光源332から出力された励起光P1を光増幅用ファイバ340に順方向より供給するとともに、光カプラ321より入力した信号光および励起光P2を増幅用ファイバ340に向けて出力する。また、光カプラ323は、励起光源333から出力された励起光P1を光増幅用ファイバ340に逆方向より供給するとともに、光増幅用ファイバ340より入力した信号光を光アイソレータ312に向けて出力する。
【0071】
光アイソレータ311,312それぞれは、光を順方向(入力ポート301から出力ポート302へ向かう方向)にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【0072】
光カプラ351は、入力ポート301と光アイソレータ311との間の光路上に設けられており、入力ポート301より入力した光(信号光および監視光を含む)のうち、信号光を光アイソレータ311へ向けて出力し、監視光を監視光モニタ部352へ向けて出力する。監視光モニタ部352は、光カプラ351より到達した監視光に基づいて、光増幅器300に入力する信号光のパワーまたは波数をモニタする。監視光源354は、信号光波長とは異なる波長の監視光を出力する。光カプラ353は、光アイソレータ312より到達した信号光と、監視光源354より到達した信号光とを合波して、その合波した光を出力ポート302へ向けて出力する。
【0073】
制御部390は、監視光モニタ部352によるモニタ結果を受け取り、このモニタ結果に基づいて、励起光源331〜333それぞれから出力される励起光のパワーを制御するとともに、監視光源354からの監視光の出力を制御する。
【0074】
この光増幅器300は、制御部390により制御されて動作する。励起光源331から出力された励起光P2は、光カプラ321および光カプラ322を経て光増幅用ファイバ340に順方向から供給される。励起光源332から出力された励起光P1は、光カプラ322を経て光増幅用ファイバ340に順方向から供給される。また、励起光源333から出力された励起光P1は、光カプラ323を経て光増幅用ファイバ340に逆方向から供給される。入力ポート301に入力した信号光は、光カプラ351、光アイソレータ311、光カプラ321および光カプラ322を経て光増幅用ファイバ340に入射し、光増幅用ファイバ340において光増幅される。この光増幅用ファイバ340で光増幅された信号光は、光カプラ323、光アイソレータ312および光カプラ353を経て出力ポート302より出力される。入力ポート301より入力した監視光は、光カプラ351により分波されて監視光モニタ部352に入力する。監視光モニタ部352では、この監視光に基づいて、光増幅器300に入力する信号光のパワーまたは波数がモニタされる。そして、このモニタ結果に基づいて、制御部390により、励起光源331〜333それぞれから出力される励起光のパワーが調整される。
【0075】
次に、第3実施形態に係る光増幅器300における制御部390の制御動作について説明する。制御部390による制御は、監視光のモニタにより得られた入力信号光のパワーまたは波数に基づいてなされるフィードフォワード制御であり、励起光源331〜333の何れかから出力される励起光のパワーを調整するものである。第3実施形態に係る光増幅器300における制御方式は、上記の第2実施形態に係る光増幅器200における第1〜第3の制御方式と略同様のフィードフォワード制御である。
【0076】
すなわち、第1の制御方式では、図5に示されるように、ALC時における励起光P2のパワーは、入力信号光パワーの1次函数または2次函数でよく近似され、また、図7に示されるように、AGC時における励起光P2のパワーは、入力信号光の波数の1次函数または2次函数でよく近似される。第2または第3の制御方式では、図10に示されるように、ALC時における順方向励起光パワーは、入力信号光パワーの1次函数でよく近似され、また、図13に示されるように、AGC時における順方向励起光パワーは、入力信号光の波数の2次函数でよく近似される。そこで、制御部390は、入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、励起光源331〜333の何れかから出力される励起光のパワーを調整して、第1〜第3の制御方式の何れかを実行する。このようにすることにより、ALC時に、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。また、AGC時に、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。
【0077】
(光通信システムの実施形態)
次に、本発明に係る光通信システムの実施形態について説明する。図16は、本実施形態に係る光通信システム1の構成図である。この光通信システム1は、光送信器10、光中継器20および光受信器30を備え、光送信器10と光中継器20との間に光ファイバ伝送路40が敷設され、光中継器20と光受信器30との間に光ファイバ伝送路50が敷設されたものである。
【0078】
光送信器10内には、光源部111〜113および光合波器12が設けられている。光源部111は、Sバンド内の多波長の信号光を発生し、これらを合波して出力する。光源部112は、Cバンド内の多波長の信号光を発生し、これらを合波して出力する。光源部113は、Lバンド内の多波長の信号光を発生し、これらを合波して出力する。光合波器12は、光源部111より出力されたSバンドの多波長の信号光、光源部112より出力されたCバンドの多波長の信号光、および、光源部113より出力されたLバンドの多波長の信号光を入力し、これらを合波して光ファイバ伝送路40に送出する。
【0079】
光中継器20内には、光分波器21、光増幅器221〜223および光合波器23が設けられている。光分波器21は、光ファイバ伝送路40を伝搬してきて到達したS,CおよびLの各バンドの多波長の信号光を入力し、バンド毎に分波して出力する。光増幅器221は、光分波器21より出力されたSバンドの多波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。光増幅器222は、光分波器21より出力されたCバンドの多波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。光増幅器223は、光分波器21より出力されたLバンドの多波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。また、光合波器23は、光増幅器221により光増幅されたSバンドの多波長の信号光、光増幅器222により光増幅されたCバンドの多波長の信号光、および、光増幅器223により光増幅されたLバンドの多波長の信号光を入力し、これらを合波して光ファイバ伝送路50に送出する。
【0080】
光受信器30内には、受光部311〜31N(Nは以上の整数)および光分波器32が設けられている。光分波器32は、光ファイバ伝送路50を伝搬してきて到達したS,CおよびLの各バンドの多波長の信号光を入力し、波長毎に分波して出力する。受光部31nは、光分波器32より出力された波長λnの信号光を入力して受光する(nは1以上N以下の任意の整数)。
【0081】
この図に示される3個の光増幅器のうち、Sバンド用の光増幅器221は、上述した本実施形態に係る光増幅器100、200または300と同一構成のもの(TDFA)である。また、Cバンド用の光増幅器222およびLバンド用の光増幅器223それぞれは、波長0.98μm帯または1.48μm帯の励起光をEDFに供給して信号光を光増幅するEDFAである。
【0082】
この光通信システム1は以下のように動作する。光送信器10においては、光源部111より出力されたSバンドの多波長の信号光、光源部112より出力されたCバンドの多波長の信号光、および、光源部113より出力されたLバンドの多波長の信号光は、光合波器12により合波されて、光ファイバ伝送路40に送出される。光中継器20においては、光ファイバ伝送路40を伝搬してきて到達したS,CおよびLの各バンドの多波長の信号光は、光分波器21によりバンド毎に分波される。光分波器21により分波されて出力されたSバンドの多波長の信号光は、光増幅器221により光増幅され、光分波器21により分波されて出力されたCバンドの多波長の信号光は、光増幅器222により光増幅され、また、光分波器21により分波されて出力されたLバンドの多波長の信号光は、光増幅器223により光増幅される。これらの光増幅されたS,CおよびLの各バンドの多波長の信号光は、光合波器23により合波されて、光ファイバ伝送路50に送出される。光受信器30においては、光ファイバ伝送路50を伝搬してきて到達したS,CおよびLの各バンドの多波長の信号光は、光分波器32により波長毎に分波される。そして、光分波器32により分波されて出力された波長λnの信号光は、受光部31nにより受光される。
【0083】
このように、この光通信システム1は、S,CおよびLの各バンドの多波長の信号光を多重化して光ファイバ伝送路40,50に伝搬させるので、大容量の情報を高速に伝送することができる。また、Sバンド用の光増幅器221は、上述した本実施形態に係る光増幅器100,200または300と同一構成のもの(TDFA)であるので、出力信号光パワーを一定に維持することができ、また、利得平坦度を一定に維持することができる。したがって、この光通信システム1は、Sバンド信号光の伝送品質が優れたものとなる。
【0084】
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光増幅器100,200,300に含まれる光増幅媒体は、上記実施形態ではTm元素が添加された光ファイバ(TDF)であったが、これに限られるものではなく、平面基板上に形成された光導波路にTm元素が添加されたものであってもよい。ただし、導波路長を容易に長くすることができる点でTDFの方が好適である。
【0085】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、Tm元素が光導波領域に添加された光導波路に対して励起光供給手段により励起光(波長1.05μm帯、1.4μm帯または1.55〜1.65μm帯)が供給され、この光導波路において所定波長帯域(1455〜1485nm)の信号光が光増幅されて出力される。この光導波路より出力される光のパワー、および、この光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかは、モニタ手段により2以上の波長でモニタされる。そして、このモニタ手段によるモニタの結果に基づいて、制御手段により、励起光供給手段により光導波路に供給される励起光のパワーが調整されて、光導波路の利得平坦度が一定にフィードバック制御されるとともに、光導波路より出力される信号光のパワーが一定にフィードバック制御される。
【0086】
特に好適には、第2励起光源より出力され光導波路に供給される波長1.55〜1.65μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、第1励起光源より出力され光導波路に供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【0087】
また、好適には、光導波路に対して順方向から供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して逆方向から供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【0088】
また、好適には、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーの比が調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光のパワーの和が調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【0089】
以上のようなフィードバック制御により、光導波路の利得平坦度が一定に制御され、また、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御されることで、安定した動作が可能となる。
【0090】
また、本発明によれば、光導波路に入力する信号光の波数またはパワーに基づいて、第2励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。また、光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。このようなフィードフォワード制御が行われる場合には、光増幅器は小型となり安価となるので好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る光増幅器100の構成図である。
【図2】第1実施形態に係る光増幅器100の出力光モニタ部152の構成例を示す図である。
【図3】第1実施形態に係る光増幅器100の出力光モニタ部152の他の構成例を示す図である。
【図4】第1実施形態に係る光増幅器100において第1の制御方式によりALCを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図5】第1実施形態に係る光増幅器100において第1の制御方式によりALCを行ったときの励起光P2のパワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図6】第1実施形態に係る光増幅器100において第1の制御方式によりAGCを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図7】第1実施形態に係る光増幅器100において第1の制御方式によりAGCを行ったときの励起光P2のパワーと入力信号光の波数との関係を示す図である。
【図8】第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりALCを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図9】第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりALCを行ったときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図10】第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりALCを行ったときの順方向励起光パワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図11】第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりAGCを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図12】第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりAGCを行ったときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図13】第1実施形態に係る光増幅器100において第2の制御方式によりAGCを行ったときの入力信号光の波数と入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図14】第2実施形態に係る光増幅器200の構成図である。
【図15】第3実施形態に係る光増幅器300の構成図である。
【図16】本実施形態に係る光通信システム1の構成図である。
【図17】EDFAおよびTDFAそれぞれの動作を比較して説明する図である。
【図18】従来のALCを行ったときのTDFAの利得スペクトルを示す図である。
【図19】従来のALCを行ったときのTDFAの出力信号光パワースペクトルを示す図である。
【図20】従来のAGCを行ったときのTDFAの利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
1…光通信システム、10…光送信器、11…光源部、12…光合波器、20…光中継器、21…光分波器、22…光増幅器、23…光合波器、30…光受信器、31…受光部、32…光分波器、40,50…光ファイバ伝送路、100…光増幅器、101…入力ポート、102…出力ポート、111,112…光アイソレータ、121〜123…光カプラ、131〜133…励起光源、140…光増幅用ファイバ、151…光分岐カプラ、152…出力光モニタ部、160…側方自然放出光モニタ部、190…制御部、200…光増幅器、201…入力ポート、202…出力ポート、211,212…光アイソレータ、221〜223…光カプラ、231〜233…励起光源、240…光増幅用ファイバ、251…光分岐カプラ、252…入力光モニタ部、290…制御部、300…光増幅器、301…入力ポート、302…出力ポート、311,312…光アイソレータ、321〜323…光カプラ、331〜333…励起光源、340…光増幅用ファイバ、351…光カプラ、352…監視光モニタ部、353…光カプラ、354…監視光源、390…制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifier that optically amplifies signal light in an optical waveguide supplied with pumping light, and an optical communication system including the optical amplifier.
[0002]
[Prior art]
An optical communication system can transmit a large amount of information at high speed by propagating signal light through an optical fiber transmission line. As the wavelength band of signal light in this optical communication system, the C band (1530 nm to 1565 nm) has already been used, and the use of the L band (1565 nm to 1625 nm) is also being studied. In order to further increase the capacity, the use of the S band (1460 nm to 1530 nm) as the signal light wavelength band is also being studied.
[0003]
In an optical communication system, an optical amplifier is used to optically amplify signal light. As an optical amplifier capable of optically amplifying C-band or L-band signal light, an EDFA using an optical amplification fiber (EDF: Erbium Doped Fiber) in which an Er (erbium) element is added to an optical waveguide region as an optical amplification medium (Erbium Doped Fiber Amplifier) is used. The EDFA can amplify the C-band or L-band signal light propagating through the EDF by supplying excitation light (wavelength 0.98 μm band or 1.48 μm band) to the EDF.
[0004]
On the other hand, as an optical amplifier capable of optically amplifying S band signal light, an optical amplification fiber (TDF: Thulium Doped Fiber) in which a Tm (thulium) element is added to an optical waveguide region is used as an optical amplification medium. Thulium Doped Fiber Amplifier) is being studied. This TDFA optically amplifies S-band signal light propagating through this TDF by supplying pump light (wavelength 1.05 μm band, 1.4 μm band or 1.55-1.65 μm band) to the TDF. Can do.
[0005]
EDFA uses the transition of the three-level system of Er ions, whereas TDFA uses the transition of the four-level system of Tm ions. From this, in TDFA, even if the length of TDF is constant, the magnitude of the gain can be changed without causing deterioration of the gain flatness (for example,
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventors have found that TDFA has the following problems.
[0007]
FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of each of EDFA and TDFA in comparison. FIG. 5A shows a non-saturated gain spectrum, a non-saturated absorption spectrum, a gain spectrum when the inversion distribution is 60%, and a gain spectrum when the inversion distribution is 50% in the EDFA. FIG. 5B shows a non-saturated gain spectrum, a non-saturated absorption spectrum, a gain spectrum when the inversion distribution is 60%, and a gain spectrum when the inversion distribution is 50% in TDFA. Each gain spectrum can be calculated based on the unsaturated gain spectrum and the unsaturated absorption spectrum. As shown in this figure, in the case of TDFA as compared with the case of EDFA, the number of ions applied to the optical amplification varies depending on the pumping light power, so that the gain spectrum can be obtained without causing the gain tilt variation. It is possible to change to a constant multiple. Thus, in TDFA, even if the length of TDF is constant, the magnitude of the gain can be changed without causing deterioration of gain flatness. In TDFA, when the population inversion becomes large, the gain spectrum shifts to the long wavelength side.
[0008]
However, in the description of TDFA in
[0009]
An optical amplifier used in a WDM optical communication system is designed so that output signal light power is maintained at a constant design value when input signal light power varies due to variations in transmission loss (span loss) of an optical fiber transmission line. It is necessary to change the magnitude of the gain. This control is referred to as automatic output level control (ALC). Therefore, the content described in
[0010]
FIG. 18 is a diagram showing a gain spectrum of TDFA when conventional ALC is performed. FIG. 19 is a diagram showing the output signal light power spectrum of TDFA when conventional ALC is performed. Here, the power P of all signal lights input to the TDFAinIs -4.2 dBm, -2.2 dBm, -0.2 dBm, and +0.8 dBm, respectively, the power P of the total signal light to be outputoutThe excitation light power was controlled so as to be +18 dBm. In addition, for TDF having a Tm element addition concentration of 2000 wt. Ppm and a length of 20 m, pumping light having a wavelength of 1.05 μm is supplied from the same forward direction as the signal light propagation direction, and from the reverse direction. The pumping lights having the same wavelength were supplied, and the powers of the pumping lights supplied to the TDF from the forward direction and the reverse direction were made equal to each other. As shown in these figures, the input signal light power PinIs larger, the gain slope (wavelength dependence of gain) increases from a negative value to a positive value, and the wavelength dependence of output signal light power also increases from a negative value to a positive value. This can also be said to be a phenomenon in which the gain spectrum of TDFA shifts to the longer wavelength side (that is, gain shift).
[0011]
By the way,
[0012]
An optical amplifier used in a WDM optical communication system not only performs ALC when the input signal light power fluctuates due to fluctuations in span loss or the like, but also performs automatic gain control when the wave number of input signal light fluctuates ( AGC (Automatic Gain Control) must also be performed. When AGC is performed in the case of EDFA, the shape of the gain spectrum is maintained regardless of the excitation method. On the other hand, when AGC is performed in the case of TDFA, the shape of the gain spectrum changes and the gain flatness changes.
[0013]
FIG. 20 is a diagram illustrating a gain spectrum of TDFA when conventional AGC is performed. Here, the power P of all signal lights input to the TDFAinWas -4.2 dBm, -1.2 dBm, and +0.8 dBm, the pump light power was controlled so that the gain peak was 18 dB. In addition, for TDF having a Tm element addition concentration of 2000 wt. Ppm and a length of 20 m, pumping light having a wavelength of 1.05 μm is supplied from the same forward direction as the signal light propagation direction, and from the reverse direction. The pumping lights having the same wavelength were supplied, and the powers of the pumping lights supplied to the TDF from the forward direction and the reverse direction were made equal to each other. As shown in this figure, the input signal light power PinThe larger the is, the larger the gain slope (gain wavelength dependency) becomes from a negative value to a positive value. That is, a gain shift also occurs when the wave number of the input signal light varies.
[0014]
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge of the present inventor, and the power and gain flatness of the output signal light are kept constant even when the power or wave number of the input signal light fluctuates. An object is to provide an optical amplifier (TDFA) that can be maintained, and an optical communication system including the optical amplifier.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The optical amplifier according to the present invention includes (1) an optical waveguide in which a Tm element is added to an optical waveguide region, and (2) an optical waveguide having a different wavelength orThe direction of pumping light supply to the optical waveguide is differentExcitation light supply means for supplying a plurality of excitation lights, and (3) monitor means for monitoring at any one of two wavelengths of power of light output from the optical waveguide and power of spontaneous emission light generated in the optical waveguide And (4) adjusting the power of the plurality of pumping lights supplied to the optical waveguide by the pumping light supply means based on the result of monitoring by the monitoring means, so that the two wavelengths of the signal light output from the optical waveguide And a control means for performing ALC control so that the gain flatness of the signal is constant and the power of the signal light output from the optical waveguide is constant.
[0016]
According to the optical amplifier of the present invention, pumping light (wavelength: 1.05 μm band, 1.4 μm band, or 1.55 to 1.5 .mu.m) is applied to the optical waveguide in which the Tm element is added to the optical waveguide region by the pumping light supply means. 65 [mu] m band) is supplied, and signal light of a predetermined wavelength band (1455-1485 nm) is optically amplified and output in this optical waveguide. Either the power of light output from the optical waveguide or the power of spontaneous emission light generated in the optical waveguide is monitored at two or more wavelengths by the monitoring means. Then, based on the result of monitoring by the monitoring unit, the control unit adjusts the power of the pumping light supplied to the optical waveguide by the pumping light supply unit, and the gain flatness of the optical waveguide is feedback-controlled at a constant level. At the same time, the power of the signal light output from the optical waveguide is feedback controlled to be constant.
[0017]
In the optical amplifier according to the present invention, it is preferable that the monitoring means monitors the power of spontaneous emission light emitted to the side of the optical waveguide. In this case, the spontaneous emission light emitted to the side of the optical waveguide is monitored at two or more wavelengths by the monitoring means, and the power of the excitation light is adjusted by the control means based on the monitoring result. Light is not extracted from the signal light main line connected to the optical waveguide, but spontaneous emission light emitted to the side of the optical waveguide is monitored, which is preferable in that there is no increase in insertion loss.
[0018]
In the optical amplifier according to the present invention, the monitoring means includes (1) a first optical branching coupler for branching out a part of the power of the light output from the optical waveguide, and (2) a first optical branching coupler. A second optical branching coupler that splits the extracted light into two, and (3) a first filter that selectively transmits light of a specific first wavelength included in one of the two lights branched by the second optical branching coupler. (4) a second filter that selectively transmits light of a specific second wavelength included in the other light bifurcated by the second optical branching coupler; and (5) a first filter that has passed through the first filter. It is preferable to include a first light receiving unit that detects the power of light having a wavelength and (6) a second light receiving unit that detects the power of light having the second wavelength that has passed through the second filter. In this case, a part of the power of the light output from the optical waveguide is branched out by the first optical branching coupler, and further branched into two by the second optical branching coupler. Light of a specific first wavelength included in one of the lights branched into two by the second optical branching coupler is transmitted through the first filter, and the power is detected by the first light receiving unit. Further, the light of the specific second wavelength included in the other light branched into two by the second optical branching coupler is transmitted through the second filter, and the power is detected by the second light receiving unit. In this way, the power of light output from the optical waveguide is monitored at two or more wavelengths by the monitoring means. This monitoring means is preferable in that it has a simple configuration and is inexpensive.
[0019]
In the optical amplifier according to the present invention, the monitoring means includes (1) an optical branching coupler for branching out a part of the power of the light output from the optical waveguide, and (2) the light extracted by the optical branching coupler. A diffraction grating that diffracts the light, (3) a first light-receiving unit that detects the power of light of a specific first wavelength included in the light diffracted by the diffraction grating, and (4) included in the light diffracted by the diffraction grating It is preferable to include a second light receiving unit that detects the power of the light having a specific second wavelength. In this case, a part of the power of the light output from the optical waveguide is branched out by the optical branching coupler and is diffracted by the diffraction grating. The power of the light of the specific first wavelength included in the light diffracted by the diffraction grating is detected by the first light receiving unit, and the power of the light of the specific second wavelength included in the light diffracted by the diffraction grating is the second. It is detected by the light receiving unit. Furthermore, you may provide many light-receiving parts. In this way, the power of light output from the optical waveguide is monitored at two or more wavelengths by the monitoring means. This monitoring means is suitable in these respects because it can monitor with high accuracy at many wavelengths and can cope with an increase or decrease in the wave number of the input signal light.
[0020]
In the optical amplifier according to the present invention, (1) the excitation light supply means includes a first excitation light source that outputs excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band, and a wavelength of 1.55 to 1.65 μm. A pumping light output from the first pumping light source and supplying the pumping light output from each of the first pumping light source and the second pumping light source to the optical waveguide, and (2) the control means includes the second pumping light source. By adjusting the power of the pumping light output and supplied to the optical waveguide, the gain flatness of the optical waveguide is controlled, and the power of the pumping light output from the first pumping light source and supplied to the optical waveguide is adjusted. By doing so, it is preferable to control the power of the signal light output from the optical waveguide. In this case, the gain flatness of the optical waveguide is controlled to be constant by adjusting the power of the pumping light in the wavelength range of 1.55 to 1.65 μm output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide. The In addition, the power of the signal light output from the optical waveguide is constant by adjusting the power of the pumping light having a wavelength of 1.05 μm or 1.4 μm that is output from the first pumping light source and supplied to the optical waveguide. Controlled.At this time, the power of the pumping light output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide and the power of the pumping light output from the first pumping light source and supplied to the optical waveguide may be adjusted alternately. Is preferred.
[0021]
In the optical amplifier according to the present invention, (1) the pumping light supply means supplies pumping light with a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band from both the forward and reverse directions to the optical waveguide; (2) The control means controls the gain flatness of the optical waveguide by adjusting the power of the pumping light supplied from the forward direction to the optical waveguide, and is supplied from the opposite direction to the optical waveguide. It is preferable to control the power of the signal light output from the optical waveguide by adjusting the power of the excitation light. In this case, the gain flatness of the optical waveguide is controlled to be constant by adjusting the power of the pumping light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band supplied from the forward direction to the optical waveguide. The In addition, the power of the signal light output from the optical waveguide is controlled to be constant by adjusting the power of the pumping light having a wavelength of 1.05 μm band or 1.4 μm wavelength supplied to the optical waveguide from the opposite direction. Is done.At this time, it is preferable to alternately adjust the power of the pumping light supplied from the forward direction and the power of the pumping light supplied from the reverse direction.
[0022]
In the optical amplifier according to the present invention, (1) the pumping light supply means supplies pumping light with a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band from both the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide; (2) The control means controls the gain flatness of the optical waveguide by adjusting the ratio of the power of the pumping light supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide. It is preferable to control the power of the signal light output from the optical waveguide by adjusting the sum of the powers of the pumping light supplied from the forward direction and the reverse direction. In this case, the gain of the optical waveguide is flattened by adjusting the ratio of the power of the pumping light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide, respectively. The degree is controlled to be constant. Further, the signal light output from the optical waveguide is adjusted by adjusting the sum of the powers of the pumping light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide, respectively. Is controlled at a constant power.
[0023]
An optical amplifier according to the present invention includes: (1) an optical waveguide in which a Tm element is added to an optical waveguide region; and (2) a first excitation light source that outputs excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or wavelength of 1.4 μm. And a second pumping light source that outputs pumping light in a wavelength range of 1.55 to 1.65 μm, and pumping the pumping light supplied from the first pumping light source and the second pumping light source to the optical waveguide. And (3) the gain of the optical waveguide by adjusting the power of the pumping light output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide based on the wave number or power of the signal light input to the optical waveguide. And a control means for controlling the flatness and the output signal light power. In this case, the excitation light supply means outputs the excitation light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band output from the first excitation light source, and the wavelength 1.55 to 1 output from the second excitation light source. The excitation light in the .65 μm band is supplied to the optical waveguide in which the Tm element is added to the optical waveguide region. Then, the control means adjusts the power of the pumping light output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide as a function of the wave number or power of the signal light input to the optical waveguide, so that the gain of the optical waveguide is flattened. The power and output signal light power are feedforward controlled to be constant. Here, the function may be a primary function or a function of second or higher order. Therefore, this optical amplifier is preferable because it does not necessarily have a means for monitoring the power, gain gradient or wave number of the output signal light and performing feedback control, and is small and inexpensive.
[0024]
The optical amplifier according to the present invention includes (1) an optical waveguide in which a Tm element is added to an optical waveguide region, and (2) pumping light having a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band in the forward direction with respect to the optical waveguide. And pumping light supply means for supplying from both the reverse direction and (3) based on the wave number or power of the signal light input to the optical waveguide, supplied from both the forward and reverse directions to the optical waveguide And a control means for controlling the gain flatness of the optical waveguide and the output signal light power by adjusting the power of the pumping light. In this case, the pumping light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band is pumped in both the forward and reverse directions with respect to the optical waveguide in which the Tm element is added to the optical waveguide region. Supplied from Then, the gain flatness of the optical waveguide and the output signal light power are constant by adjusting the power of the pumping light supplied from the forward direction and / or the reverse direction to the optical waveguide by the control means. Feedforward controlled. Therefore, this optical amplifier is not necessarily required to have a means for monitoring the power or wave number of the output signal light for feedback control, and is suitable because it is small in size and inexpensive.
[0025]
In the optical amplifier according to the present invention, the optical waveguide is preferably an optical fiber in which a Tm element is added to a part or all of the core region. This is preferable in that the waveguide length can be easily increased.
[0026]
An optical communication system according to the present invention includes the optical amplifier according to the present invention described above, and transmits signal light and optically amplifies the signal light by the optical amplifier. According to this optical communication system, signal light in a predetermined wavelength band (1455-1485 nm) is optically amplified by the optical amplifier. Therefore, the transmission quality of the signal light in the predetermined wavelength band is excellent.
The control method according to the present invention is supplied to an optical waveguide to which a Tm element is added.pluralThe excitation light power is either the power of light output from the optical waveguide or the power of spontaneous emission light generated in the optical waveguide.2 wavelengthsAdjust based on the results monitored byTherebyOptical waveguideBetween two wavelengths of signal light output fromGain flatnessTo be constantcontrolShikatsuPower of signal light output from the optical waveguideALC so that is constantControl. The excitation light includes a first excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band and a second excitation light having a wavelength of 1.55 to 1.65 μm, and the power of the second excitation light. By adjusting the optical waveguideSignal light output fromofBetween two wavelengthsGain flatnessALC so that is constantThe power of the signal light output from the optical waveguide by controlling and adjusting the power of the first pumping lightALC so that is constantIt is preferable to control. The excitation light includes excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or wavelength of 1.4 μm, which is supplied to the optical waveguide from both the forward direction and the reverse direction, and the excitation light supplied from the forward direction. Optical waveguide by adjusting powerSignal light output fromofBetween two wavelengthsGain flatnessTo be constantThe power of the signal light output from the optical waveguide by controlling and adjusting the power of the pumping light supplied from the opposite directionALC so that is constantIt is preferable to control.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0028]
(First Embodiment of Optical Amplifier)
First, a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of an
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
Each of the
[0033]
The optical branching
[0034]
The light monitored by the output
[0035]
The side spontaneous emission monitor 160 monitors the power of spontaneous emission emitted to the side of the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the output
[0039]
Optical filter 1541The optical branching coupler 1532The light that has arrived more is input, and light having a specific wavelength on the short wavelength side of the wavelength band of the signal light that is optically amplified in the
[0040]
Light receiving element 1551The optical filter 1541Is transmitted to the
[0041]
Therefore, the output
[0042]
FIG. 3 is a diagram illustrating another configuration example of the output
[0043]
The
[0044]
Therefore, the output
[0045]
Next, the control operation of the
[0046]
In the first control method, the
[0047]
FIG. 4 is a diagram illustrating a gain spectrum when ALC is performed by the first control method in the
[0048]
FIG. 6 is a diagram showing a gain spectrum when AGC is performed by the first control method in the
[0049]
In the second control method, the
[0050]
In this second control method, the power of the pumping light supplied to the
[0051]
The degree of saturation of the inversion distribution is determined in the vicinity of the output end of the optical amplification
[0052]
In the case of ALC, since it is necessary to keep the output signal light power constant, the change in the backward pumping light power cannot be increased. On the other hand, it is necessary to increase the gain as the input signal light power decreases. Therefore, in order to increase the overall pumping light power, it is necessary to increase the forward pumping light power.
[0053]
That is, in both cases of ALC and AGC, when the input signal light power decreases, it is necessary to increase the forward pumping light power. The second control method is based on such a concept.
[0054]
FIG. 8 is a diagram illustrating a gain spectrum when ALC is performed by the second control method in the
[0055]
FIG. 11 is a diagram showing a gain spectrum when AGC is performed by the second control method in the
[0056]
In the third control method, the
[0057]
(Second Embodiment of Optical Amplifier)
Next, a second embodiment of the optical amplifier according to the present invention will be described. FIG. 14 is a configuration diagram of an
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
The
[0061]
Each of the
[0062]
The optical branching
[0063]
The
[0064]
Next, the control operation of the
[0065]
That is, in the first control method, as shown in FIG.2Is well approximated by a first-order function or a second-order function of the input signal light power, and, as shown in FIG.2Is well approximated by a first order function or a second order function of the wave number of the input signal light. In the second or third control method, as shown in FIG. 10, the forward pumping light power at the time of ALC is well approximated by the first-order function of the input signal light power, and as shown in FIG. The forward pumping light power during AGC is well approximated by a second order function of the wave number of the input signal light. Therefore, the
[0066]
In the present embodiment, means for monitoring the power or wave number of the input signal light may not necessarily be provided, and the
[0067]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the optical amplifier according to the present invention will be described. FIG. 15 is a configuration diagram of an
[0068]
The
[0069]
The
[0070]
The
[0071]
Each of the
[0072]
The
[0073]
The
[0074]
The
[0075]
Next, the control operation of the
[0076]
That is, in the first control method, as shown in FIG.2Is well approximated by a first-order function or a second-order function of the input signal light power, and, as shown in FIG.2Is well approximated by a first order function or a second order function of the wave number of the input signal light. In the second or third control method, as shown in FIG. 10, the forward pumping light power at the time of ALC is well approximated by the first-order function of the input signal light power, and as shown in FIG. The forward pumping light power during AGC is well approximated by a second order function of the wave number of the input signal light. Therefore, the
[0077]
(Embodiment of optical communication system)
Next, an embodiment of an optical communication system according to the present invention will be described. FIG. 16 is a configuration diagram of the
[0078]
In the
[0079]
In the
[0080]
In the
[0081]
Of the three optical amplifiers shown in this figure, the
[0082]
The
[0083]
As described above, the
[0084]
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the optical amplification medium included in the
[0085]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, excitation light (wavelength: 1.05 μm band, 1.4 μm band, or 1.2. 55 to 1.65 μm band) is supplied, and signal light in a predetermined wavelength band (1455 to 1485 nm) is optically amplified and output in this optical waveguide. Either the power of light output from the optical waveguide or the power of spontaneous emission light generated in the optical waveguide is monitored at two or more wavelengths by the monitoring means. Then, based on the result of monitoring by the monitoring unit, the control unit adjusts the power of the pumping light supplied to the optical waveguide by the pumping light supply unit, and the gain flatness of the optical waveguide is feedback-controlled at a constant level. At the same time, the power of the signal light output from the optical waveguide is feedback controlled to be constant.
[0086]
Particularly preferably, the gain flatness of the optical waveguide is controlled to be constant by adjusting the power of the pumping light with a wavelength of 1.55 to 1.65 μm output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide. The Further, the power of the signal light output from the optical waveguide is constant by adjusting the power of the pumping light having a wavelength of 1.05 μm or 1.4 μm that is output from the first pumping light source and supplied to the optical waveguide. Controlled.
[0087]
Preferably, the gain flatness of the optical waveguide is controlled to be constant by adjusting the power of the pumping light having a wavelength of 1.05 μm or 1.4 μm that is supplied from the forward direction to the optical waveguide. Is done. In addition, the power of the signal light output from the optical waveguide is controlled to be constant by adjusting the power of the pumping light having a wavelength of 1.05 μm or 1.4 μm that is supplied to the optical waveguide from the opposite direction. Is done.
[0088]
Preferably, the gain of the optical waveguide is adjusted by adjusting the ratio of the power of the pumping light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide, respectively. Flatness is controlled to be constant. Further, the signal light output from the optical waveguide is adjusted by adjusting the sum of the powers of the pumping light of the wavelength 1.05 μm band or the wavelength 1.4 μm band supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide, respectively. Is controlled at a constant power.
[0089]
By the feedback control as described above, the gain flatness of the optical waveguide is controlled to be constant, and the power of the signal light output from the optical waveguide is controlled to be constant, thereby enabling stable operation.
[0090]
Further, according to the present invention, the power of the pumping light output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide is adjusted based on the wave number or power of the signal light input to the optical waveguide. The gain flatness and the output signal light power are feedforward controlled to be constant. Also, by adjusting the power of the pumping light supplied from the forward and / or backward direction to the optical waveguide, the gain flatness of the optical waveguide and the output signal light power are feedforward controlled to be constant. Is done. When such feedforward control is performed, it is preferable because the optical amplifier is small and inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an output
FIG. 3 is a diagram illustrating another configuration example of the output
FIG. 4 is a diagram illustrating a gain spectrum when ALC is performed by the first control method in the
FIG. 5 shows pumping light P when ALC is performed by the first control method in the
FIG. 6 is a diagram showing a gain spectrum when AGC is performed by the first control method in the
FIG. 7 shows pumping light P when AGC is performed by the first control method in the
FIG. 8 is a diagram showing a gain spectrum when ALC is performed by the second control method in the
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between forward pumping light power and reverse pumping light power and input signal light power when ALC is performed by the second control method in the
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between forward pumping light power and input signal light power when ALC is performed by the second control method in the
FIG. 11 is a diagram illustrating a gain spectrum when AGC is performed by the second control method in the
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between forward pumping light power and reverse pumping light power and input signal light power when AGC is performed by the second control method in the
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between the wave number of input signal light and input signal light power when AGC is performed by the second control method in the
FIG. 14 is a configuration diagram of an
FIG. 15 is a configuration diagram of an
FIG. 16 is a configuration diagram of an
FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of each of EDFA and TDFA in comparison.
FIG. 18 is a diagram showing a gain spectrum of TDFA when conventional ALC is performed.
FIG. 19 is a diagram showing an output signal light power spectrum of TDFA when conventional ALC is performed.
FIG. 20 is a diagram illustrating a gain spectrum of TDFA when conventional AGC is performed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記光導波路に波長が異なるまたは励起光の前記光導波路への供給方向が異なる複数の励起光を供給する励起光供給手段と、
前記光導波路より出力される光のパワー、および、前記光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、2波長でモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタの結果に基づいて、前記励起光供給手段により前記光導波路に供給される複数の励起光のパワーを調整して、前記光導波路より出力される信号光の前記2波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。An optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region;
A pumping light supply means for supplying a plurality of pumping light supply direction is different to the optical waveguide of the wavelength to the optical waveguide is different or excitation light,
Monitoring means for monitoring the power of light output from the optical waveguide and the power of spontaneous emission light generated in the optical waveguide at two wavelengths;
Based on the result of monitoring by the monitoring unit, the power of the plurality of pumping lights supplied to the optical waveguide by the pumping light supply unit is adjusted, and the signal light output from the optical waveguide is between the two wavelengths. An optical amplifier comprising: control means for controlling the gain flatness of the optical signal to be constant and performing ALC control so that the power of the signal light output from the optical waveguide is constant.
前記光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す第1光分岐カプラと、
前記第1光分岐カプラにより取り出された光を2分岐する第2光分岐カプラと、
前記第2光分岐カプラにより2分岐された一方の光に含まれる特定の第1波長の光を選択的に透過させる第1フィルタと、
前記第2光分岐カプラにより2分岐された他方の光に含まれる特定の第2波長の光を選択的に透過させる第2フィルタと、
前記第1フィルタを透過した前記第1波長の光のパワーを検出する第1受光部と、
前記第2フィルタを透過した前記第2波長の光のパワーを検出する第2受光部と
を有することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。The monitoring means includes
A first optical branching coupler for branching out a part of the power of the light output from the optical waveguide;
A second optical branching coupler for bifurcating the light extracted by the first optical branching coupler;
A first filter that selectively transmits light of a specific first wavelength included in one of the lights branched into two by the second optical branching coupler;
A second filter that selectively transmits light of a specific second wavelength included in the other light branched into two by the second optical branching coupler;
A first light receiving unit that detects the power of the light having the first wavelength that has passed through the first filter;
The optical amplifier according to claim 1, further comprising: a second light receiving unit that detects power of the light having the second wavelength that has passed through the second filter.
前記光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す光分岐カプラと、
前記光分岐カプラにより取り出された光を回折する回折格子と、
前記回折格子により回折された光に含まれる特定の第1波長の光のパワーを検出する第1受光部と、
前記回折格子により回折された光に含まれる特定の第2波長の光のパワーを検出する第2受光部と
を有することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。The monitoring means includes
An optical branching coupler for branching out a part of the power of the light output from the optical waveguide;
A diffraction grating for diffracting the light extracted by the optical branching coupler;
A first light receiving unit for detecting the power of light of a specific first wavelength included in the light diffracted by the diffraction grating;
The optical amplifier according to claim 1, further comprising: a second light receiving unit that detects power of light having a specific second wavelength included in the light diffracted by the diffraction grating.
前記制御手段は、
前記第2励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度を制御し、
前記第1励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光増幅器。The excitation light supply means includes a first excitation light source that outputs excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band, and a second excitation light source that outputs excitation light having a wavelength of 1.55 to 1.65 μm. And supplying excitation light output from each of the first excitation light source and the second excitation light source to the optical waveguide,
The control means includes
By adjusting the power of the pumping light output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide, the gain flatness of the optical waveguide is controlled,
2. The light according to claim 1, wherein the power of the signal light output from the optical waveguide is controlled by adjusting the power of the excitation light output from the first pumping light source and supplied to the optical waveguide. amplifier.
前記制御手段は、
前記光導波路に対して順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度を制御し、
前記光導波路に対して逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光増幅器。The excitation light supply means supplies excitation light of a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band from both the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide,
The control means includes
By adjusting the power of the pumping light supplied from the forward direction to the optical waveguide, the gain flatness of the optical waveguide is controlled,
The optical amplifier according to claim 1, wherein the power of the signal light output from the optical waveguide is controlled by adjusting the power of the pumping light supplied from the opposite direction to the optical waveguide.
前記制御手段は、
前記光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの比を調整することで、前記光導波路の利得平坦度を制御し、
前記光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの和を調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光増幅器。The excitation light supply means supplies excitation light of a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band from both the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide,
The control means includes
By adjusting the ratio of the power of the pumping light supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide, the gain flatness of the optical waveguide is controlled,
The power of the signal light output from the optical waveguide is controlled by adjusting the sum of the powers of pumping light supplied from the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide, respectively. The optical amplifier described.
波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を出力する第1励起光源と、波長1.55〜1.65μm帯の励起光を出力する第2励起光源とを有し、前記第1励起光源および前記第2励起光源それぞれより出力された励起光を前記光導波路に供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光の波数に基づいて、前記第2励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。An optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region;
A first pumping light source that outputs pumping light in a wavelength band of 1.05 μm or a wavelength of 1.4 μm; and a second pumping light source that outputs pumping light in a wavelength band of 1.55 to 1.65 μm. Excitation light supply means for supplying excitation light output from each of the excitation light source and the second excitation light source to the optical waveguide;
The gain flatness of the optical waveguide and the output signal light are adjusted by adjusting the power of the excitation light output from the second excitation light source and supplied to the optical waveguide based on the wave number of the signal light input to the optical waveguide. An optical amplifier comprising: control means for controlling power.
波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を出力する第1励起光源と、波長1.55〜1.65μm帯の励起光を出力する第2励起光源とを有し、前記第1励起光源および前記第2励起光源それぞれより出力された励起光を前記光導波路に供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて、前記第2励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。An optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region;
A first pumping light source that outputs pumping light in a wavelength band of 1.05 μm or a wavelength of 1.4 μm; and a second pumping light source that outputs pumping light in a wavelength band of 1.55 to 1.65 μm. Excitation light supply means for supplying excitation light output from each of the excitation light source and the second excitation light source to the optical waveguide;
The gain flatness of the optical waveguide and the output signal light are adjusted by adjusting the power of the pumping light output from the second pumping light source and supplied to the optical waveguide based on the power of the signal light input to the optical waveguide. An optical amplifier comprising: control means for controlling power.
波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光の波数に基づいて、前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。An optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region;
Excitation light supply means for supplying excitation light of a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band from both the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide;
The gain of the optical waveguide is adjusted by adjusting the power of the pumping light supplied from the forward direction and / or the reverse direction to the optical waveguide based on the wave number of the signal light input to the optical waveguide. An optical amplifier comprising: control means for controlling flatness and output signal light power.
波長1.05μm帯または波長1.4μm帯の励起光を前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて、前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。An optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region;
Excitation light supply means for supplying excitation light of a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band from both the forward direction and the reverse direction to the optical waveguide;
Based on the power of the signal light input to the optical waveguide, the power of the optical waveguide is adjusted by adjusting the power of the excitation light supplied from the forward direction and / or the reverse direction to the optical waveguide. An optical amplifier comprising: control means for controlling flatness and output signal light power.
前記第二の励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光の前記2波長間での利得平坦度が一定となるようにALC制御し、
前記第一の励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御する、請求項16記載の制御方法。The excitation light includes a first excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band and a second excitation light having a wavelength of 1.55 to 1.65 μm,
The second power of the excitation light is adjusted, the gain flatness of between 2 wavelengths of the signal light output from the optical waveguide to ALC controlled to be constant,
The first by adjusting the power of the pump light, the signal light power output from the optical waveguide is ALC controlled to be constant, the control method according to claim 16, wherein.
順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光の前記2波長間での利得平坦度が一定となるように制御し、
逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにALC制御する、請求項16記載の制御方法。The excitation light includes excitation light having a wavelength of 1.05 μm band or a wavelength of 1.4 μm band, which is supplied to the optical waveguide from both the forward direction and the reverse direction,
By adjusting the power of the pumping light supplied from the forward direction , the gain flatness between the two wavelengths of the signal light output from the optical waveguide is controlled to be constant ,
The control method according to claim 16, wherein ALC control is performed so that the power of the signal light output from the optical waveguide is constant by adjusting the power of the pumping light supplied from the reverse direction.
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