JPH0567032U - 光増幅装置および光受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 増幅利得を一定に保つことのできる光増幅装
置を提供する。 【構成】 入力光を２つに分岐するための光分岐器３
と、分岐された一方の光を光増幅するための光増幅器８
と、分岐された他方の光の強度を検出するための光強度
検出回路４と、その光強度検出値に基いて前記光増幅器
８の増幅利得を制御する制御回路５とを備えて構成され
たことを特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光伝送システムの光受信部に適用される光増幅装置及び光受信装置 に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、光伝送システムの受信部では、図７に示される光増幅器４１を用いて受 信光の光増幅を行っていた。光増幅器４１は、光増幅媒質４２と励起装置４３と で構成されている。光増幅器４１の光増幅媒質４２には希土類元素添加光ファイ バや半導体レ−ザが用いられる。励起装置４３としては、使用される光増幅媒質 ４２に応じて、前者では半導体レ−ザ、後者では電流源が用いられる。励起装置 ４３は光増幅媒質４２に励起電力を供給し、光増幅媒質６は供給された励起電力 によって入力光（受信光）を増幅して出力する。この光増幅器４１の出力光信号 は、図８に示される受信回路５１により、増幅された電気信号として取り出され る。

【０００３】 図８において前記光増幅器４１の出力光信号は、受光素子５２で電気信号に変 換され増幅回路５３に入力される。増幅回路５３は帰還抵抗値に対応した電圧値 を出力する。検出回路５４は、増幅回路５３の出力電圧をピ−ク検出、あるいは 尖頭値検出によって検出し、その検出信号と基準値とを比較し、検出信号が基準 値よりも大きいときにはスイッチ回路５５をオンに、それ以外のときはオフにす る制御を行う。たとえば、増幅回路５３への入力信号が大入力のときには出力が 大きくなるので、検出回路５４はスイッチ回路５５をオンに切り換える。その結 果、帰還抵抗値は二つの抵抗５６，５７の並列値となり、帰還抵抗値が小さくな るので増幅回路５３が飽和することなく出力信号が取り出せる。また、入力信号 が小さいときにはスイッチ回路５５はオフになっているので、帰還抵抗は抵抗５ ６だけとなり利得を大きくすることができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図７に示した従来の光増幅器４１は、入力光によって増幅利得 が変化するため、常に一定の増幅利得を得ることができない。そのため、光増幅 器４１に接続する装置のレベル設計が難しくなる。

【０００５】 また、図８の受信回路５１は、受光素子５２の後段に設けられた増幅回路５３ の出力電圧に応じてその帰還抵抗値を制御することによりダイナミックレンジを 広くしているが、帰還抵抗値が小さくなった場合、負帰還量の増大により、周波 数応答にピ−キングを生じたり、さらに発振が生じるなど、周波数特性が不安定 になる問題があった。

【０００６】 本考案の目的は、増幅利得を一定に保つことのできる光増幅装置並びに周波数 特性の安定したダイナミックレンジの広い光受信装置を提供し、併せて光増幅器 を光受信器の前置増幅器として用い、光受信器の受光電力を一定に保つことので きる光伝送システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために創案された本考案の光増幅装置には次の三つの態様 がある。

【０００８】 第１の態様は、入力光を２つに分岐するための光分岐器と、分岐された一方の 光を光増幅するための光増幅器と、分岐された他方の光の強度を検出するための 光強度検出回路と、その光強度検出値に基いて前記光増幅器の増幅利得を制御す る制御回路とを備えて構成されるものである。

【０００９】 第２の態様は、入力光を光増幅するための光増幅器と、その光増幅器の出力光 を２つに分岐するための光分岐器と、分岐された一方の光の強度を検出するため の光強度検出回路と、その光強度検出値に基いて前記光増幅器の増幅利得を制御 する制御回路とを備えて構成されるものである。

【００１０】 第３の態様は、上記第１，第２の光増幅装置に自身の構成素子を保護するため の回路を付加したものであり、光増幅媒質とこれを励起するための励起装置とか らなる光増幅器と、前記光増幅媒質の入，出力光の少なくとも一方の光強度を検 出するための光強度検出回路と、その光強度検出値に基づいて前記励起装置の励 起電力強度を制御する制御回路と、前記励起電力強度を監視する監視回路と、そ の監視結果に基づき前記励起電力強度を基準値以下に制限するように前記制御回 路を動作させる励起電力制限回路とをそなえて構成されるものである。

【００１１】 次に、本考案の光受信装置は、入力光を光増幅するための光増幅器と、該光増 幅器の出力光を電気信号に変換するための受光素子と、その受光素子の出力電気 信号を増幅して出力するための増幅回路と、その受光素子の出力電気信号の平均 値に基いて前記光増幅器の増幅利得を制御する制御回路とを備えて構成されるも のである。

【００１２】 次に、本考案の光伝送システムは、光送信器と光受信器とを結ぶ光伝送路の途 中に、光増幅媒質とその励起装置とからなる光増幅器を設けて構築される光伝送 システムにおいて、前記光受信器の受光電力の平均値を検出する受光電力検出回 路と、この検出結果に基づいて前記励起装置の励起電力を制御するための制御信 号を発生する制御信号発生回路と、制御信号発生回路からの制御信号を光信号に 変換する制御信号用光送信器と、制御信号用光送信器からの制御信号光を前記光 伝送路に結合させる光結合器と、前記制御信号光を前記光伝送路から分岐させる 光分岐器と、分岐された制御信号光を電気信号に変換する制御信号用光受信器と 、その制御信号用光受信器からの信号に基いて前記励起装置の励起電力を制御す る励起電力制御回路とを備えて構成されるものである。

【００１３】

【作用】

第１の態様の光増幅装置によれば、入力光は光分岐器で２つに分岐され、一方 は光増幅器で増幅されて出力され、他方は光強度検出回路へ入力されてその強度 が検出される。光増幅器の増幅利得は入力される光の強度と励起強度とに影響さ れるので、光強度検出回路の検出値に基き制御回路が光増幅器の励起強度を調節 することにより光増幅器の増幅利得を一定に制御することができる。

【００１４】 第２の態様の光増幅装置によれば、光増幅器の出力光は光分岐器で２つに分岐 され、一方は増幅された出力信号として出力され、他方は光強度検出回路へ入力 されてその強度が検出される。したがって、光強度検出回路の検出値に基き制御 回路が光増幅器の励起強度を調節することにより光増幅器の増幅利得を一定に制 御することができる。この場合、光強度検出回路によって直接光増幅器の出力強 度が検出されるので、その検出強度が一定となるよう光増幅器を制御すれば最も 効果的である。

【００１５】 第３の態様の光増幅装置によれば、励起装置の励起電力強度が監視回路によっ て監視され、その監視結果が予め設定された基準値を越えると、励起電力制限回 路から制御回路へ制御信号が出され、励起装置の電流値を制限するように制御回 路の動作が制御される。その結果、励起装置から出力される励起電力が基準値以 下に制限される。かくして励起装置および励起媒質が過大入力となることによる 装置の破損が未然に防止される。

【００１６】 次に、上記のように構成される本考案の光受信装置によれば、入力光（受信光 ）は光増幅器で光増幅され、これが受光素子で電気信号に変換されたのち増幅回 路で増幅されて出力される。受光素子の出力電気信号強度は光増幅器の出力光の 強度によって変化するので、受光素子の出力電気信号の平均値を検出し、その値 に基いて受光素子へ入力される光信号強度が一定となるように光増幅器の増幅利 得を制御すれば、増幅回路に入力される電気信号振幅を常に一定とすることがで き、増幅回路の周波数特性を安定化することができる。

【００１７】 次に、上記のように構成される本考案の光伝送システムによれば、光送信器か ら出力され光伝送路中を減衰しながら伝搬する信号光が光増幅器により増幅され て光受信器へ入力される。この光受信器による受光電力の平均値は受光電力検出 回路によって検出される。制御信号発生回路はその検出値に基いて、光受信器へ 入力される光信号強度が一定となるように励起装置の励起電力を制御する制御信 号を発生する。制御信号発生回路からの制御信号は制御信号用光送信器で光信号 に変換され、光結合器によって光伝送路に送出される。光伝送路に送出された制 御信号光は光分岐器によって光伝送路から分岐され制御信号用光受信器に入力さ れる。制御信号用光受信器は入力光信号を電気信号に変換して励起電力制御回路 へ出力する。励起電力制御回路は受け取った制御信号を基に励起装置の励起電力 を制御する。このように制御信号発生回路からの制御信号に基いて励起電力を制 御することにより、光受信器の受光電力を予め設定した一定値とすることができ る。この光伝送システムは光受信器の受光素子の特性や光増幅器の性能によらず 、簡単な構成で光受信器の受光電力を必要な一定値に設定することができるので 、システムを設計する上での制約が少なく、拡張性に優れている。

【００１８】

【実施例】

次に、本考案の実施例について説明する。

【００１９】 図１に上記第１の態様の光増幅装置の一実施例を示す。この光増幅装置の入力 側には入力光を２分岐する光分岐器３が設けられており、光分岐器３の一方の出 力は光増幅器８の光増幅媒質１に接続され、他方の出力は光強度検出回路４と励 起電力制御回路５とを介して光増幅器８の励起装置２に接続されている。すなわ ちこの構成では、光分岐器３で分岐された一方の入力光は光増幅媒質１で光増幅 されて出力され、他方の入力光は光強度検出回路４に入力される。光強度検出回 路４は入力された光を電気信号に変換してその強度を検出する。励起電力制御装 置５は、光強度検出回路４によって検出された光の強さに応じて光増幅媒質１の 増幅利得を一定に保つように励起装置２の励起電力を制御する。

【００２０】 入力光が大きくなると、利得飽和によって、増幅利得は低下し、入力光が小さ いときは、増幅利得は大きくなる。そこで、励起電圧制御装置５は所望の増幅利 得を得るときの入力光強度に対して、入力強度が大きいときには、励起電力を高 め、逆に小さいときには励起電力を低くすることによって、光増幅媒質１の増幅 利得を一定に制御する。

【００２１】 図２に上記第２の態様の光増幅装置の一実施例を示す。この光増幅装置の出力 側には光増幅器８の光増幅媒質１の出力光を２分岐する光分岐器３が設けられて いる。この場合、光分岐器３の一方の出力は本装置の出力を構成し、他方の出力 は光強度検出回路４と励起電力制御回路５とを介して光増幅器８の励起装置２に 接続されている。

【００２２】 光増幅器８はその入力光を光増幅媒質１によって増幅して出力する。この増幅 利得は、励起装置２の励起電力によって決定される。光増幅媒質１の出力光は光 分岐器３で２分岐され、その一方は増幅された光信号として出力され、他方は光 強度検出回路４に入力される。光強度検出回路４は入力された光を電気信号に変 換しその強度を検出する。励起電力制御回路５は、光強度検出回路４によって検 出される光の強さが一定に保持されるように励起装置２の励起電力を制御する。

【００２３】 つまり、励起電力制御装置５は出力として必要な光強度に対して、光強度検出 回路４で検出される光強度が小さいときは、励起電力を高く設定する。その結果 、光増幅媒質１の増幅利得が増加して光増幅媒質１の出力が大きくなる。逆に光 強度検出回路４で検出される光強度が大きいとき励起電力制御回路５は、励起電 力を低く設定し、その結果、光増幅媒質１の増幅利得が減少して光増幅媒質１の 出力が小さくなる。この制御を繰り返すことによって、光増幅装置は一定強度の 安定した光出力を出力する。

【００２４】 図３に上記第３の態様の光増幅装置の一実施例を示す。この装置は図２の光増 幅装置に励起装置２の励起電力強度を監視する監視回路１３と、その監視結果に 基づき励起電力強度を基準値以下に制限するように励起電力制御回路５を動作さ せる励起電力制限回路１４とを付加したものである。これら監視回路１３並びに 励起電力制限回路１４は光増幅媒質１及び励起装置２を保護するために付加され たものである。励起装置２は、光増幅媒質１が半導体のときは電流源で構成され 、希土類添加光ファイバのときは半導体レ−ザで構成される。つまり励起電力制 御回路５は半導体レ−ザあるいは電流源の電流値を制御する回路である。

【００２５】 監視回路１３は励起装置２の励起電力を監視し、監視結果を電気信号に変換し て励起電力制限回路１４に与える。励起電力制限回路１４は監視結果が予め設定 されている基準電力よりも大きくなったら、励起電力制御回路５に制御信号を与 えて励起装置２の電流値を制限する。その結果、励起装置２から出力される励起 電力は所定値以下に制限される。これにより、励起装置２に入力される電流およ び光増幅媒質１に入力される励起パワ−の過大入力を防ぎ、これらの素子の破損 を防ぐことができる。

【００２６】 図４に上記第３の態様の光増幅器の他の実施例を示す。これは、後方励起法の ファイバ型光増幅器に本発明を適用したものである。励起装置２の励起手段には 半導体レ−ザ１５が用いられている。半導体レ−ザ１５による励起パワ−は、光 増幅媒質１と光分岐器３との間に設けられた光結合器１６を介して光増幅媒質１ に与えられる。光増幅媒質１は入力光の強度と与えられた励起パワ−に応じて入 力光を増幅し出力する。光増幅媒質１の出力光は光分岐器３で２分岐され、その 一方は増幅された光信号として出力され、他方は光強度検出回路４に入力される 。光強度検出回路４は入力光を電気信号に変換しその強度を検出する。励起電力 制御回路５は、光強度検出回路４によって検出された電気信号の平均値を検出し 、あらかじめ設定されている基準信号と比較、誤差増幅することにより、光強度 検出回路４へ入力される光信号強度が一定となるように半導体レ−ザ１５の入力 電流を制御する。励起電力を監視する監視回路には励起装置２に内蔵されている モニタ用受光素子１７が用いられている。このモニタ用受光素子１７によって励 起電力強度が検出され、その検出結果が励起電力制限回路１４に与えられる。励 起電力制限回路１４は得られた検出結果が予め設定されている基準値を越えた場 合、励起電力制御回路５に制御信号を与えて半導体レ−ザ１５の入力電流を制限 する。その結果、半導体レ−ザ１５の過大入力並びに過大出力を防ぐことができ る。

【００２７】 図５に本考案の光受信装置の一実施例を示す。この光受信装置は、入力光（受 信光）を光増幅するための光増幅器８と、光増幅器８の出力光を電気信号に変換 するための受光素子９と、受光素子９の出力電気信号を増幅するための増幅回路 １０と、受光素子９の出力電気信号に基いて光増幅器８の増幅利得を制御する励 起電力制御回路１１とを備えて構成されている。受光素子９の出力は増幅回路１ ０と励起電力制御回路１１とに２分岐接続され、増幅回路１０の入力側には適当 な容量のコンデンサ６が設けられている。増幅回路１０には、帰還抵抗１２が並 列に設けられている。光増幅器８の構成は図１，図２のものと同様であり、励起 電力制御回路１１は光増幅器８の励起装置２に接続されている。

【００２８】 光増幅器８は、入力された光信号を増幅媒質１によって光増幅して出力する。 その増幅利得は励起装置２の励起電力と入力光信号強度とによって決定される。 受光素子９は光増幅器８の出力光信号を受光し電流に変換する。励起電力制御回 路１１は、受光素子９によって変換された電流の平均値を検出し、予め設定され ている基準信号と比較、誤差増幅することにより、受光素子９へ入力される光信 号強度が一定となるように励起装置２の励起電力を制御する。かくして受光素子 ２の後段に接続されている増幅回路１０に入力される電気信号振幅は常に一定と なり、増幅回路１０の周波数特性が安定するので、ダイナミックレンジの広い光 受信装置が実現される。

【００２９】 図６に本考案の光伝送システムの一実施例を示す。この光伝送システムは、光 送信装置１８と光受信装置１９とを結ぶ光伝送路２０の途中に、光増幅装置２１ を設けて構成されている。光送信装置１８は公知の装置であり、電気信号を光信 号に変換して光伝送路２０へ送出する。光受信装置１９は、信号光を電気信号に 変換する光受信器２２と、光受信器２２の受光電力の平均値を検出する受光電力 検出回路２３と、この検出結果に基づいて励起電力制御信号を発生する制御信号 発生回路２４と、制御信号発生回路２４からの制御信号を光信号に変換する制御 信号用光送信器２５と、制御信号用光送信器２５からの制御信号光を光伝送路２ ０に結合させる光結合器２６とにより構成されている。光増幅装置２１は、光送 信装置１８より伝送されてきた光を増幅する光増幅媒質１と、これに励起電力を 供給する励起装置２と、前記制御信号光を光伝送路２０から分岐させる光分岐器 ２７と、分岐された制御信号光を電気信号に変換する制御信号用光受信器２８と 、その光受信器２８からの信号に基いて励起装置２の励起電力を制御する励起電 力制御回路５とにより構成されている。

【００３０】 光送信装置１９から出力された信号光は光伝送路２０中を減衰しながら伝搬す る。その信号光が光増幅装置２１に入力されると、光増幅媒質１は入力光の強度 と励起電力に応じて入力信号光を増幅し出力する。増幅出力された信号光は光伝 送路２０を通って光受信装置１９の光受信器２２に入力される。光受信器２２は 光信号を電気信号に変換し出力する。受光電力検出回路２３は光受信器２２の受 光電力の平均値を検出する。制御信号発生回路２４は、受光電力検出回路２３に よって検出された結果と予め設定された基準値とが等しくなるように励起電力を 制御する制御信号を出力する。制御信号用光送信器２５は、制御信号発生回路２ ４からの制御信号を光信号に変換して出力する。この制御信号光は光結合器２６ によって光伝送路２０に送出される。光伝送路２０に送出されて伝搬する制御信 号光は光分岐器２７によって光伝送路２０から分岐され制御信号用光受信器２８ に入力される。制御信号用光受信器２８は入力光信号を電気信号に変換して励起 電力制御回路５へ出力する。励起電力制御回路５は受け取った制御信号を基に励 起装置２の励起電力を制御する。このように制御信号発生回路２４からの制御信 号に基いて励起電力を制御し、光増幅媒質１の出力信号光の強度を変化させるこ とによって、光受信器２２では予め設定した受光電力が得られることになる。こ のシステム構成によれば、光増幅装置２１への励起電力制御信号の伝送媒体とし て本来の光信号伝送用の光伝送路２０を利用するので、制御信号伝送用に新たな 線路を構築する必要がない。光増幅装置２１の出力光は光伝送路２０で減衰され て光受信器２２に入力されるので、光受信器２２を構成する受光素子のダイナミ ックレンジをさほど広くする必要はない。

【００３１】 なお、光増幅装置２１と光受信装置１９とを光導波路で結ばず、図５の光増幅 媒質１と受光素子９のように両者を接近させ、空間伝送によって信号の受け渡し が行えるようにすることも可能である。この場合、励起電力を抑えることによっ て構成部品の寿命を延ばすことができるだけでなく、消費電力を抑えることがで き、コスト削減に繋がる。

【００３２】

【考案の効果】

以上要するに本考案によれば、次の如き優れた効果を発揮できる。

【００３３】 (1) 請求項１記載の光増幅装置によれば、光増幅器の増幅利得をその入力光の強 度に基いて制御するようにしたので、光入力が変動しても、常に一定の増幅利得 を得ることができる。

【００３４】 (2) 請求項２記載の光増幅装置によれば、光増幅器の増幅利得をその出力光の強 度に基いて制御するようにしたので、光入力が変動しても、常に一定の光出力で 出力を行うことができる。

【００３５】 (3) 請求項３記載の光増幅装置によれば、励起電力強度を監視し、励起電力強度 を基準値以下に制限するように励起電力制御回路を動作させるようにしたので、 構成素子への過大入力を防ぐことができる。

【００３６】 (4) 請求項４記載の光受信装置によれば、光増幅器が常に一定の光出力を出力す るため、増幅回路に入力される電力は一定となり、利得飽和を防ぎ周波数特性を 安定化することができる。したがって、光受信装置としてのダイナミックレンジ を広くとることができる。

【００３７】 (5) 請求項５記載の光伝送システムによれば、光伝送路の途中に光増幅器を設け 、光受信装置からの制御信号に基づいて光増幅器の励起電力を制御するようにし たので、光受信器の受光素子の特性や光増幅器の性能によらず、光受信器の受光 電力を必要な一定値に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る光増幅装置の一実施例を示す図で
ある。

【図２】本考案に係る光増幅装置の他の実施例を示す図
である。

【図３】本考案に係る光増幅装置の他の実施例を示す図
である。

【図４】本考案に係る光増幅装置の他の実施例を示す図
である。

【図５】本考案に係る光受信装置の一実施例を示す図で
ある。

【図６】本考案に係る光伝送システムの一実施例を示す
図である。

【図７】従来の光増幅器を示す図である。

【図８】従来の光受信回路を示す図である。

【符号の説明】

１ 光増幅媒質 ２ 励起装置 ３ 光分岐器 ４ 光強度検出回路 ５ 励起電力制御回路（制御回路） ８ 光増幅器 ９ 受光素子 １０ 増幅回路 １１ 励起電力制御回路（制御回路） １３ 監視回路 １４ 励起電力制限回路 １５ 半導体レ−ザ １６ 光結合器 １７ モニタ用受光素子 １８ 光送信装置 １９ 光受信装置 ２０ 光伝送路 ２１ 光増幅装置 ２２ 光受信器 ２３ 受光電力検出回路 ２４ 制御信号発生回路 ２５ 制御信号用光送信器 ２６ 光結合器 ２７ 光分岐器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｈ０４Ｂ 10/16

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力光を２つに分岐するための光分岐器
   と、分岐された一方の光を光増幅するための光増幅器
   と、分岐された他方の光の強度を検出するための光強度
   検出回路と、その光強度検出値に基いて前記光増幅器の
   増幅利得を制御する制御回路とを備えていることを特徴
   とする光増幅装置。
2. 【請求項２】 入力光を光増幅するための光増幅器と、
   該光増幅器の出力光を２つに分岐するための光分岐器
   と、分岐された一方の光の強度を検出するための光強度
   検出回路と、その光強度検出値に基いて前記光増幅器の
   増幅利得を制御する制御回路とを備えていることを特徴
   とする光増幅装置。
3. 【請求項３】 光増幅媒質と、これを励起するための励
   起装置と、前記光増幅媒質の入，出力光の少なくとも一
   方の光強度を検出するための光強度検出回路と、その光
   強度検出値に基づいて前記励起装置の励起電力強度を制
   御する制御回路とを備えた光増幅装置において、前記励
   起電力強度を監視する監視回路と、その監視結果に基づ
   き前記励起電力強度を基準値以下に制限するように前記
   励起電力制御装置を動作させる励起電力制限回路とを具
   備したことを特徴とする光増幅装置。
4. 【請求項４】 入力光を光増幅するための光増幅器と、
   該光増幅器の出力光を電気信号に変換するための受光素
   子と、該受光素子の出力電気信号を増幅して出力するた
   めの増幅回路と、該受光素子の出力電気信号の平均値に
   基いて前記光増幅器の増幅利得を制御する制御回路とを
   備えていることを特徴とする光受信装置。
5. 【請求項５】 光送信器と光受信器とを結ぶ光伝送路の
   途中に、光増幅媒質とその励起装置とからなる光増幅器
   を設けて構築される光伝送システムにおいて、前記光受
   信器の受光電力の平均値を検出する受光電力検出回路
   と、この検出結果に基づいて前記励起装置の励起電力を
   制御するための制御信号を発生する制御信号発生回路
   と、制御信号発生回路からの制御信号を光信号に変換す
   る制御信号用光送信器と、制御信号用光送信器からの制
   御信号光を前記光伝送路に結合させる光結合器と、前記
   制御信号光を前記光伝送路から分岐させる光分岐器と、
   分岐された制御信号光を電気信号に変換する制御信号用
   光受信器と、その制御信号用光受信器からの信号に基い
   て前記励起装置の励起電力を制御する励起電力制御回路
   とを備えていることを特徴とする光伝送システム。