(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光により入力光を増幅する光ファイバー増幅器と、
前記入力光を分岐する分岐手段と
該分岐手段を通過する入力光を前記光ファイバー増幅器へ直接入力し、更に  前記分岐手段からの分岐光のうち、該励起光の成分を除去し、前記入力光を透過する光フィルタと、
該光フィルタの出力光のレベルを検出する検出手段と、
を備えた光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光増幅中継器の入力モニタシステムに関し、特に光増幅を行う光フォイバ増幅器を備える光増幅中継器の入力モニタシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、一般的な本発明システムの対象とするＡＬＣ（自動レベル制御）光増幅中継器の基本構成を示す図である。
【０００３】
図において、１は光ファイバー伝送路である。２は光ファイバー増幅器であり、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類をドープした光ファイバーにより構成される。
【０００４】
ここで、光ファイバー増幅器２の原理は、レーザの原理と同様である。Ｅｒドープドファイバーは、所定のエネルギーレベルが生じて、このレベルで強い吸収が起こる。したがって、高いエネルギ準位に光ファイバー内の電子が励起されて反転状態になっている時に、下のエネルギ準位とのエネルギ差に相当する波長の光が入力信号として入力されると、これに誘導されて誘導放射が生じる。この結果として、光入力信号が増幅されることになる。
【０００５】
図１４において、更に３は、カプラである。上記の光ファイバー内の電子の励起のために、励起用レーザダイオード４からの励起光がカプラ３を通して光ファイバー増幅器２に供給される。
【０００６】
また、５もカプラであり、増幅された光信号を分岐してフォトダイオード６に入力する。フォトダイオード６は、増幅された光信号を所定の基準レベルと比較して、その結果を増幅器７を通して、レーザダイオード４のバイアス電流を可変制御することによりＡＬＣ（自動レベル制御）される。
【０００７】
ここで、ＡＬＣ（自動レベル制御）とは入力信号レベルの変化に応じて励起用レーザダイオード４の光出力を制御し、光ファイバー増幅器２の増幅率を変えることにより出力レベルが一定となるように制御するものである。
【０００８】
一方、光ファイバー伝送路等の障害検出のために、入力信号レベルをモニターする構成が採用されている。図１５は、かかる入力信号レベルをモニターするための従来の一構成例（その１）である。即ち、図１５において、光ファイバー増幅器２の入力側に、カプラ１０が備えられる。このカプラ１０から光入力信号が分岐されて、入力レベルモニタ用のフォトダイオード１１に入力される。
【０００９】
入力レベルモニタ用のフォトダイオード１１においてカプラ１０で分岐された光入力信号が電気信号に変換されて、入力レベルが判定される。しかし、かかる構成においては、光入力信号のレベルが低い場合は、カプラ１０による分岐により更に低いレベルでしかフォトダイオード１１には入力されない。
【００１０】
したがって、フォトダイオード１１で電気信号に変換されてモニタされる光入力信号のレベル検知における誤差が大きくなる。反対に、フォトダイオード１１への分岐比を大きくすると、光ファイバー増幅器２に入力される信号成分が小さくなり、Ｓ／Ｎの劣化が大きくなる。通常は、２０：１程度の分岐比が選択されている。
【００１１】
また、図１５の光ファイバー増幅器２の入力側には信号光源からの信号を伝送するファイバーが接続されている。光ファイバーには入ってきた光をごくわずか光の進行方向とは反対側に反射する性質があり、これをレーリー散乱と呼んでいる。光増幅装置の入力側からは増幅に使われなかった残留励起光が洩れており、伝送用光ファイバの内部でレーリー散乱により光増幅装置に逆戻りし、信号光と共に入力レベルモニタ用フォトダイオードに入り、図１０のように入力モニタが入力モニタ値＝入力パワーとならず、正常に入力パワーを測定できなかった。
【００１２】
励起光を信号の進行方向と同じにした場合前方励起でも、光ファイバー増幅器２の出力側からは増幅に使われなかった残留励起光が洩れており、伝送用光ファイバを通して次の光増幅装置に届く。この残留励起光が信号光と共に次の光増幅装置の入力レベルモニタ用フォトダイオードに入り、同様に正常に入力パワーを測定できなかった。
【００１３】
図１７は、更に入力信号レベルをモニターするための従来の他の構成例（その２）である。先に説明したようにＡＬＣにより、入力信号レベルに応じて、励起用レーザダイオード４の光出力が変化するように制御が行われる。したがって、励起用レーザダイオード４の光出力をモニタ用フォトダイオード１３でモニタすることにより、等価的に光入力信号レベルを求めることが出来る。
【００１４】
しかしながら、この構成のみでは、光入力信号のレベルが大きいと、光ファイバー増幅器２の増幅率を小さく抑えるように励起用レーザダイオード４の発光レベルが小さくされる。
【００１５】
したがって、図１６の構成において、モニタ用フォトダイオード１３に入力される、カプラ３で分岐される励起光のレベルが小さくなり、モニタ結果における誤差が大きくなるという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の光増幅中継器の入力モニタシステムにおいては、光入力信号のレベルが低い場合（図１５の構成）、光入力信号のレベルが高い場合（図９の構成）、いずれの場合もモニタの誤差が大きくなる。
【００１７】
このために、光入力信号レベルが広い範囲に変化する場合、精度の高いモニタは、期待出来ないものとなる。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、光入力信号レベルが広い範囲に変化する場合も精度の高い、光入力信号モニタを実現する光増幅中継器の入力モニタシステムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的に対応するための光増幅中継器の入力モニタシステムは、請求項１の発明では、光ファイバー増幅器と、この光ファイバー増幅器の入力側に備えられる光スイッチと、入力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードとを備え、光スイッチは、入力光を光ファイバー増幅器と入力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードとに切替えて入力するように構成される。
【００２０】
このようにすることで、光入力信号の入力レベルを減衰することなく入力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードに入力することが可能である。
【００２１】
本発明の請求項２の発明は、前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイバで構成され、更に、  光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レーザダイオードと、励起用レーザダイオードの励起光を前記カプラを通してモニタする入力レベルモニタ用の第二のフォトダイオードを有して構成される。
【００２２】
かかる構成により、前記第一のフォトダイオードと第二のフォトダイオードにより、光入力信号のレベルに応じて適応的にモニタすることが可能であり、光入力信号の広いダイナミックレンジに対応することが可能である。
【００２３】
本発明の請求項３の発明は、前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイバで構成され、更に、光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レーザダイオードと、励起用レーザダイオードの後方出力をモニタするフォトダイオードを有して構成される。
【００２４】
かかる構成においても、前記請求項２と同様に光入力信号の広いダイナミックレンジに対応することが可能である。
【００２５】
更に、本発明の請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、前記入力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードは、増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする。
【００２６】
増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオードの使用により、効率よく光入力信号をモニタすることが可能となる。
【００２７】
本発明の請求項５の発明は、光ファイバー増幅器と、光ファイバー増幅器の入力側に備えられるカプラと、このカプラにより分岐される入力光のレベルをモニタする増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオードを有して構成される。
【００２８】
請求項４及び請求項５において、増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオードの使用により、効率よく光入力信号をモニタすることが可能となる。
【００２９】
本発明の請求項６の発明は、前記請求項５の発明において、前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイバで構成され、更に、光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レーザダイオードと、励起用レーザダイオードの励起光を該カプラを通してモニタする入力レベルモニタ用のフォトダイオードを有して構成される。
【００３０】
更に、請求項７の発明では、請求項５の発明において、前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイバで構成され、更に、光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レーザダイオードと、該励起用レーザダイオードの後方出力をモニタするフォトダイオードを有して構成される。
【００３１】
請求項６及び７の発明において、請求項２及び３の発明と同様に光入力信号のレベルに応じて適応的にモニタすることが可能であり、光入力信号の広いダイナミックレンジに対応することが可能である。
【００３２】
請求項８の発明において、入力光のうち残留励起光は光フィルタで除かれて検出手段に入力されるため、正確なモニタが可能である。
【００３３】
【実施例】
以下図面にしたがい本発明の実施例を説明する。図において、同一または類似のものには、同一の参照番号及び記号を付して説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施例（その１）である。図１（１）において、特徴は、光ファイバー増幅器２の入力側に光スイッチ１２を有している。この光スイッチ１２を切り換えることにより、光入力信号の全量をモニタ用フォトダイオード１１に入力することが可能である。
【００３５】
ここで光スイッチ１２は、後に説明する実施例においても共通のものであり、機械式スイッチの他、各種開発されつつある光スイッチが使用化のである。
【００３６】
これにより、光入力信号レベルが小さい場合であっても、更に減衰することなくモニタ用フォトダイオード１１に入力し、モニタ結果に生じる誤差を低減することが可能である。
【００３７】
図１（２）は、図１の構成に対し、更にモニタ用フォトダイオード１３を有し、励起用レーザダイオード４の励起光を分岐してモニタすることにより、等価的に光入力信号レベルが検知するものである。
【００３８】
先に従来例についての説明において、光ファイバー増幅器２の入力側に備えられるモニタ用フォトダイオード１１の入力レベルと、励起用レーザダイオード４の励起光を分岐してモニタするフォトダイオード１３の入力レベルの特徴についても言及した。図２は、この特徴を説明する示す図である。
【００３９】
図２において、横軸は、光入力信号のパワー（Ｐｉｎ  ｄＢｍ）  である。更に、Ｖ１  は、モニタ用フォトダイオード１１により光入力信号を変換し出力される電圧である。Ｖ２  は、励起用レーザダイオード４の励起光をモニタするフォトダイオード１２の変換出力電圧である。
【００４０】
これら電圧Ｖ１  、Ｖ２  の測定位置は、図３に示されるとおりである。即ち、電圧Ｖ１  は、図３において、光入力信号に応じて、モニタ用フォトダイオード１１に流れる電流により抵抗１６に生じる電圧である。
【００４１】
電圧Ｖ２  は、励起（ポンプ）用レーザダイオード４と対にして収容され、直接レーザダイオード４からの発光を受光し、抵抗１７に電圧を生じさせるフォトダイオード１３の出力である。
【００４２】
図２に戻り説明すると、モニタ用フォトダイオード１１の出力である電圧Ｖ１  は、光入力信号レベルが小さくなる。それにしたがい小さくなっている。最小値は、１００μＶ程度に近くになり、これは、もはやモニタ用フォトダイオード１１での光入力信号のレベル検知が困難であることを意味する。
【００４３】
反対に、励起用レーザダイオード４の励起光をモニタするフォトダイオード１３の変換出力電圧Ｖ２  は、先に説明した理由により、光入力信号のレベルが小さくなるとレベルが大きくなる。
【００４４】
したがって、図１（２）の実施例の本発明では、かかるＶ１  とＶ２  の特徴を生かすべく、光入力信号が大きい時は、入力側のモニタ用フォトダイオード１１の出力をモニタし、光入力信号が小さくなる時には、励起用レーザダイオード４の励起光を検知するフォトダイオード１３の出力電圧Ｖ２  をモニタするようにスイッチを切り換えるように制御される。
【００４５】
これにより、従来と比べ、光入力信号のより広い入力レンジにおいて、その入力レベルをモニタすることが可能となる。
【００４６】
次に、図１（３）は、励起用レーザダイオード４の後ろ方向パワーをフォトダイオード１４でモニタするようにしたものである。かかる構成の場合も、従来の問題を解決するものとして図２、図３についての説明が共通に当てはまる。
【００４７】
図４は、更に本発明にしたがう実施例である。図４（１）、図４（２）において、基本的な構成として、図１（２）、図１（３）の構成に対応するものであるが、相違点は、光ファイバー増幅器２の入力側に置かれるモニタ用フォトダイオード１１に代わり、増幅率が１以上のアバランシェホトダイオード１５を用いていることである。これにより、光入力信号レベルが更に小さい場合であっても、誤差が少ない状態でモニタすることが可能である。
【００４８】
その他の構成及び動作は、先に図１に関して説明したと同様であるので、再度の説明は省略する。
【００４９】
図５は、本発明の更に別の実施例を示す図である。図５に示される実施例は、これまでの実施例と相違して、光ファイバー増幅器２の入力側に置かれる光スイッチ１２に代え、カプラ１０を設けた例である。
【００５０】
この図５（１）、図５（２）の実施例では、より確実に光入力信号レベルのモニタを可能にすべく、それぞれ図１（２）、図１（３）に対応して、励起用レーザダイオード４の発光をモニタするフォトダイオード１３、あるいは励起用レーザダイオード４の後方向出力をモニタするフォトダイオード１４を設けている。この理由は、先に図２、図３を用いて説明したと通りである。
【００５１】
図６は、図５の実施例に対し、更に改良を加えた実施例である。即ち、光ファイバー増幅器２の入力側に、カプラ１０を設け、更に入力レベルモニタ用フォトダイオード１１をアバランシェフォトダイオード１５に置き換えている。
【００５２】
更に、このアバランシェフォトダイオード１５は増幅率が１以上のものを使用する。これにより、光入力信号のレベルが小さい場合であっても、十分に誤りなくモニタすることが可能である。
【００５３】
したがって、図６（１）の例に示すように、アバランシェフォトダイオード１５による光入力信号のモニタで十分な場合は、光ファイバー増幅器２の出力側に励起用レーザダイオード４の発光をモニタするフォトダイオード１２、あるいは励起用レーザダイオード４の後方向出力をモニタするフォトダイオード１３を省略することも可能である。
【００５４】
図６（２）、図６（３）は、それぞれ図５（１）、図５（２に対応し、フォトダイオード１１をアバランシェダイオード１５に置き換えている。これにより、より確実に光入力信号のモニタが可能である。
【００５５】
図７は本発明の更に別の実施例を示す図である。図７に示される図は、入力レベルモニタ用フォトダイオード１１の前に残留励起光を除去する光フィルタ２０を備えている。
【００５６】
光ファイバー伝送路１からの１．５５μｍの光信号ａはカプラ１０で一部分岐し、光フィルタ２０を介して入力レベルモニタ用フォトダイオード１１に入力される。励起用レーザダイオード４からの１．４８μｍの励起光ｂは、波長多重カプラ３を介して光ファイバー増幅器２へ入力されるが、その一部は残留励起光として光ファイバー伝送路１へ洩れる。残留励起光のうち更に一部はレーリー散乱光として戻ってくるが、光フィルタ２０で阻止され、入力レベルモニタ用フォトダイオードへは入力されない。
【００５７】
即ち、光フィルタ２０へは図８に示すように、信号光ａ以外に残留励起光ｂも入力するが、光フィルタ２０は図９に示すような透過特性を持っているため、１．５０μｍ以下の波長の光が除去され、図１０に示すように、残留励起光が除かれる。これにより正確なモニタができる。
【００５８】
光フィルタとしては、長波長パスフィルタ、１．４８μｍ帯域阻止フィルタ、１．５５μｍ帯域通過フィルタ、１．５５μｍの光を通過する光分岐器を用いることができる。又、光フィルタのタイプとして、誘電体多層膜を利用したバルクタイプや、ファイバーに切り込みをつけたり、融着によりフィルター特性をもたせたファイバータイプを用いることができる。
【００５９】
また、前方励起の場合でも、光フィルタを設けることにより正確なモニタができる。
【００６０】
図１１は図８の構成の光直接増幅装置の入力パワーモニターの特性図である。図１１において、□印は図１で伝送用ファイバー（数メートル〜数１００ｋｍ）を付けない状態で測定したデータであり、＋印は伝送用ファイバーを付けた状態で測定したデータである。伝送用ファイバーを付ける事により、伝送用ファイバー内で残留励起光がレーリー散乱で光増幅装置に逆戻りし、入力パワーモニター特性が盛り上がり、入力パワーが正確に測定できなくなっている。（盛り上がった入力パワー以下の値は全く測定不可能）なお、伝送用ファイバーを付けなければ問題は起きないが、そもそも、光直接増幅装置は信号光を遠くへ伝送する事が目的であり、付けない訳にはいかない。
【００６１】
図１２は本発明を用いて残留励起光の影響を除去した時の入力パワーモニターの特性図である。図１２において、−線は図１１の構成の光直接増幅装置を用いて伝送用ファイバーを付けない状態で測定したデータであり、＋印は伝送用ファイバーを付けた状態で測定したデータである。図１２において、２つのデータに差異はほとんど無く、残留励起光の影響が除去できたことがわかる。
【００６２】
図１３は図１１と図１２の入力レベルモニターの残留励起光の影響による測定誤差をグラフ化した物である。□印はＰＤにフィルタが無い時の残留励起光の影響であり、入力レベル−１７ｄＢｍ以下は誤差が無限大となり、測定ができなくなっていることを示している。これに対し、＋印のＰＤにフィルタが付いた時は入力レベル−２０ｄＢｍでも誤差１ｄＢ以内となり、改善されている。また−２５ｄＢｍ以下まで測定できるようになっている。
【００６３】
【発明の効果】
以上実施例にしたがい説明したように、本発明により、光入力信号のレベルが小さい領域であっても、また逆に大きい領域であっても適切に光入力信号をモニタすることが可能である。
【００６４】
これにより、広いダイナミックレンジにおいて、誤差なく光入力信号をモニタすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（その１）を示す図である。
【図２】本発明の動作説明図（その１）を示す図である。
【図３】本発明の動作説明図（その２）を示す図である。
【図４】本発明の実施例（その２）を示す図である。
【図５】本発明の実施例（その３）を示す図である。
【図６】本発明の実施例（その４）を示す図である。
【図７】本発明の更に別の実施例を示す図である。
【図８】光フィルタへの入力スペクトラムを示す図である。
【図９】光フィルタの特性を示す図である。
【図１０】光フィルタの出力スペクトラムを示す図である。
【図１１】入力パワーモニタ特性図（改善前）を示す図である。
【図１２】入力パワーモニタ特性図（改善後）を示す図である。
【図１３】入力パワーモニタの誤差を示す図である。
【図１４】ＡＬＣ光増幅中継器の基本構成を示す図である。
【図１５】従来例（その１）を示す図である。
【図１６】従来例（その２）を示す図である。
【図１７】入力レベルモニタの妨害を説明する図である。
【符号の説明】
１  光ファイバー伝送路
２  光ファイバー増幅器
３、１０  カプラ
４  励起用レーザダイオード
１２  光スイッチ
１１、１３  入力レベルモニタ用フォトダイオード
１４  後方向光出力モニタ
１５  アバランシェフォトダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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