(57)【要約】      （修正有）【課題】雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる光パワーモニタを提供する。【解決手段】光増幅器において、主光路上に設けられる光増幅媒体と、該光増幅媒体が光信号の波長を含む利得帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするための第１の手段と、主光路に動作的に接続され光信号を主光路から抽出するための第２の手段と、該抽出された光信号のための光パワーモニタとを備え、該光パワーモニタは、光信号を受け該光信号の瞬時パワーに対応して変化するレベルを有する電気信号を出力するフォトディテクタと、該フォトディテクタに動作的に接続され電気信号のＤＣ成分を出力信号として通過させるフィルタと、フォトディテクタ及びフィルタに動作的に接続され電気信号及び出力信号の差に相当する誤差信号を出力する演算増幅器とを備える。【選択図】図８
2006148958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有し該信号スペクトルは主信号により与えられる光信号のための光増幅器であって、
主光路上に設けられる光増幅媒体と、
該光増幅媒体が上記光信号の波長を含む利得帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするための第１の手段と、
上記主光路に動作的に接続され上記光信号を上記主光路から抽出するための第２の手段と、
該抽出された光信号のための光パワーモニタとを備え、
該光パワーモニタは、
上記光信号を受け該光信号の瞬時パワーに対応して変化するレベルを有する電気信号を出力するフォトディテクタと、
該フォトディテクタに動作的に接続され上記電気信号のＤＣ成分を出力信号として通過させるフィルタと、
上記フォトディテクタ及び上記フィルタに動作的に接続され上記電気信号及び上記出力信号の差に相当する誤差信号を出力する演算増幅器とを備えている光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器であって、
上記主光路は入力ポート及び出力ポートの間に設定され、
上記光増幅媒体は、上記入力ポート及び上記出力ポートにそれぞれ動作的に接続される第１端及び第２端を有する希土類元素がドープされたドープファイバからなり、
上記第１の手段は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、上記ポンプ光を上記第１端及び上記第２端の少なくともいずれか一方から上記ドープファイバに供給するための光回路とを備えている光増幅器。
【請求項３】
請求項２に記載の光増幅器であって、
上記第２の手段は上記入力ポート及び上記第１端の間に動作的に接続される第２の光カプラからなり、
上記光パワーモニタは上記入力ポートにおける入力光信号パワーをモニタリングする光増幅器。
【請求項４】
請求項３に記載の光増幅器であって、
上記入力光信号パワーを予め定められた値と比較する手段と、
上記入力光信号パワーが上記予め定められた値よりも小さいときに上記ポンプ光を遮断する手段とを更に備えた光増幅器。
【請求項５】
請求項２に記載の光増幅器であって、
上記第２の手段は上記第２端及び上記出力ポートの間に動作的に接続される第２の光カプラからなり、
上記光パワーモニタは上記出力ポートにおける出力光信号パワーをモニタリングする光増幅器。
【請求項６】
請求項５に記載の光増幅器であって、
上記出力光信号パワーが実質的に一定になるように上記ポンプ光のパワーを制御するためのフィードバックループを更に備えた光増幅器。
【請求項７】
請求項２に記載の光増幅器であって、
上記入力ポート及び上記第１端の間に動作的に接続され上記第１端から出力する増幅された自然放出光を抽出するための光サーキュレータと、
上記増幅された自然放出光のパワーをモニタリングする手段とを更に備えた光増幅器。
【請求項８】
請求項１に記載の光増幅器であって、
上記主光路は入力ポート及び出力ポートの間に設定され、
上記光増幅媒体は、第１端及び第２端を有する希土類元素がドープされた第１のドープファイバと、第３端及び第４端を有する希土類元素がドープされた第２のドープファイバとからなり、上記第１端、上記第２端及び上記第４端はそれぞれ上記入力ポート、上記第３端及び上記出力ポートに動作的に接続され、
上記第１の手段は、第１のポンプ光を出力する第１のポンプ光源と、上記第１のポンプ光を上記第１端及び上記第２端の少なくともいずれか一方から上記第１のドープファイバに供給するための第１の光回路と、第２のポンプ光を出力する第２のポンプ光源と、上記第２のポンプ光を上記第３端及び上記第４端の少なくともいずれか一方から上記第２のドープファイバに供給するための第２の光回路とを備えている光増幅器。
【請求項９】
請求項８に記載の光増幅器であって、
上記第２の手段は上記第２端及び上記第３端の間に動作的に接続される第２の光カプラからなり、
上記光パワーモニタは上記第３端における入力光信号パワーをモニタリングし、
上記入力光信号パワーを予め定められた値と比較する手段と、
上記入力光信号パワーが上記予め定められた値よりも小さいときに上記第１及び第２のポンプ光を遮断する手段とを更に備えた光増幅器。
【請求項１０】
請求項８に記載の光増幅器であって、
上記第２端及び上記第３端の間に動作的に接続され上記第３端から出力する上記第２のドープファイバにおいて増幅された自然放出光を抽出するための光サーキュレータと、
上記増幅された自然放出光のパワーをモニタリングする手段とを更に備えた光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光増幅器及び光増幅器に適用可能な光パワーモニタに関する。
【０００２】
近年、光通信システム或いは光ネットワークシステムに適用可能なエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）その他の光増幅器が実用化されている。光増幅器に供給される或いは光増幅器が出力する光信号は雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有している。
【０００３】
例えば、光ファイバ伝送路の途中にその各々が光増幅器を有する複数の中継器が設けられている場合、各光増幅器で生じる雑音スペクトルが累積されて信号スペクトルに関する光パワーを正確にモニタリングすることができなくなるので、これに対処することが要求されている。
【背景技術】
【０００４】
従来、光増幅媒体と、光増幅媒体が利得帯域を有するように光増幅媒体をポンピングする手段とを備えた光増幅器が公知である。
【０００５】
例えば、希土類元素がドープされたドープファイバを光増幅媒体として有する光ポンピング型の光増幅器においては、適切に設定された波長を有するポンプ光がドープファイバに供給される。ポンプ光によりポンピングされているドープファイバに光信号が入力すると、誘導放出の原理に従って光信号がドープファイバにおいて増幅される。
【０００６】
また、半導体レーザ型の光増幅器においては、半導体チップとして提供される光増幅媒体にバイアス電流が供給され、これにより光増幅媒体がポンピングされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実用的な光増幅器においては、種々の目的で光パワーがモニタリングされる。例えば、光増幅器に入力する光信号が途絶えたときに、光増幅媒体のポンピングを停止するために、光増幅媒体に供給される光信号のパワーがモニタリングされる。
【０００８】
また、光増幅器の出力パワーが一定に保たれるようにするための制御を行うために、光増幅媒体から出力される光信号のパワーがモニタリングされる。
【０００９】
光信号のパワーをモニタリングするために、例えば、フォトダイオードに光信号が供給される。逆バイアスされているフォトダイオードに光信号が供給されると、光信号のパワーに応じた光電流がフォトダイオードに生じ、これにより光信号のパワーがモニタリングされる。
【００１０】
光増幅媒体から出力される光信号のパワーをモニタリングする場合、光信号はその光増幅媒体において生じた雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有しているので、光信号をフォトダイオードにより光／電気変換するだけでは、信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができない。
【００１１】
また、複数のカスケード接続された光増幅器の使用により雑音スペクトルが累積している場合にも、同様の問題が生じる。
【００１２】
よって、本発明の目的は、雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる光パワーモニタを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、このような光パワーモニタを有する光増幅器を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一側面によれば、雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有し該信号スペクトルは主信号により与えられる光信号のための光増幅器であって、主光路上に設けられる光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記光信号の波長を含む利得帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするための第１の手段と、上記主光路に動作的に接続され上記光信号を上記主光路から抽出するための第２の手段と、該抽出された光信号のための光パワーモニタとを備え、該光パワーモニタは、上記光信号を受け該光信号の瞬時パワーに対応して変化するレベルを有する電気信号を出力するフォトディテクタと、該フォトディテクタに動作的に接続され上記電気信号のＤＣ成分を出力信号として通過させるフィルタと、上記フォトディテクタ及び上記フィルタに動作的に接続され上記電気信号及び上記出力信号の差に相当する誤差信号を出力する演算増幅器とを備えている光増幅器が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のある側面によると、雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができるので、そのモニタリングに基づいて光増幅器における種々の制御（例えばポンプ光の制御）を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。尚、全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付されている。
【００１８】
図１を参照すると、本発明による光パワーモニタの第１の基本構成が示されている。雑音スペクトルＮＳ１に重畳された信号スペクトルＳＳ１を有する光信号ＯＳが光カプラ２に供給される。雑音スペクトルＮＳ１は例えば光増幅媒体において生じるＡＳＥ（増幅された自然放出光）によるものであり、信号スペクトルＳＳ１は例えば主信号による変調により与えられる。信号スペクトルＳＳ１の中心波長はλ0 である。
【００１９】
光カプラ２は、供給された光信号ＯＳを第１のビームＢ１と第２のビームＢ２とに分岐する。光カプラ２における分岐比はここでは１：１であるが、本発明はこれに限定されない。
【００２０】
第１のビームＢ１は第１の光帯域通過フィルタ４を通過してビームＢ３となる。第２のビームＢ２は第２の光帯域通過フィルタ６を通過してビームＢ４となる。
【００２１】
フィルタ４及び６は、それぞれ、波長λ0 を含む通過帯域ＰＢ１及びＰＢ２を有している。通過帯域ＰＢ１は通過帯域ＰＢ２よりも広い。
【００２２】
ビームＢ３は雑音スペクトルＮＳ２に重畳された信号スペクトルＳＳ２を有している。雑音スペクトルＮＳ２は、フィルタ４の通過帯域ＰＢ１に従って、雑音スペクトルＮＳ１と比較して狭くなっている。
【００２３】
ビームＢ４は雑音スペクトルＮＳ３に重畳された信号スペクトルＳＳ３を有している。雑音スペクトルＮＳ３は、フィルタ６の通過帯域ＰＢ２がフィルタ４の通過帯域ＰＢ１よりも狭いことにより、雑音スペクトルＮＳ２と比較して更に狭くなっている。
【００２４】
ビームＢ３は第１のフォトディテクタ（ＰＤ）８により第１の電気信号Ｓ１に変換される。信号Ｓ１はビームＢ３の平均パワーに対応するレベル（例えば電圧レベル又は電流レベル）を有している。
【００２５】
ビームＢ４は第２のフォトディテクタ１０により第２の電気信号Ｓ２に変換される。信号Ｓ２はビームＢ４の平均パワーに対応するレベル（例えば電圧レベル又は電流レベル）を有している。
【００２６】
そして、演算ユニット１２が信号Ｓ１及びＳ２に基づき予め定められた演算を行うことによって、信号スペクトルＳＳ１に関する光信号ＯＳのパワーが得られる。その演算の具体例については後述する。
【００２７】
図２の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、図１の光パワーモニタの動作原理を説明する。
【００２８】
図２の（Ａ）は光カプラ２に供給される光信号ＯＳのスペクトルを示している。今、信号スペクトルＳＳ１のパワーが２Ｐsig とし、雑音スペクトルＮＳ１のパワーが２ＰASE とすると、信号スペクトルＳＳ１が雑音スペクトルＮＳ１よりも十分に狭いことにより、光信号ＯＳの入力パワーＰinは次式で与えられる。
【００２９】
Ｐin  ＝  ２Ｐsig ＋２ＰASE                             ・・・（１）
図２の（Ｂ）及び（Ｃ）を参照すると、ビームＢ３及びＢ４のスペクトルがそれぞれ示されている。フィルタ４及び６の波長λ0 における透過率が１００％であるとすれば、光カプラ２の分岐比が１：１であることから、信号スペクトルＳＳ２及びＳＳ３のパワーはそれぞれＰsig となる。また、雑音スペクトルＮＳ２のパワーは、フィルタ４の通過帯域ＰＢ１によって決定される定数Ｋ1 （１＜Ｋ1 ）を用いてＰASE ／Ｋ1 で表され、雑音スペクトルＮＳ３のパワーは、フィルタ６の通過帯域ＰＢ２によって決定される定数Ｋ2 （Ｋ1 ＜Ｋ2 ）を用いてＰASE ／Ｋ2 で表される。
【００３０】
フォトディテクタ８が出力する電気信号Ｓ１の電圧レベルＶ1 がビームＢ３のパワーに比例し、フォトディテクタ１０が出力する電気信号Ｓ２の電圧レベルＶ2 がビームＢ４のパワーに比例するとすると、電圧レベルＶ1 及びＶ2 はそれぞれ次式で与えられる。
【００３１】
Ｖ1   ∝  Ｐsig ＋ＰASE ／Ｋ1                           ・・・（２）
Ｖ2   ∝  Ｐsig ＋ＰASE ／Ｋ2                           ・・・（３）
（２）式をＫ1 倍して（３）式をＫ2 倍して、これらの差を求めると、（４）式が得られる。
【００３２】
Ｋ1 Ｖ1 −Ｋ2 Ｖ2   ∝（Ｋ1 −Ｋ2 ）Ｐsig               ・・・（４）
このように（２）式及び（３）式に基づき線形演算を行うことによって、（４）式に示されるように、信号スペクトルＳＳ１に関する光信号のパワーＰsig に比例した値を得ることができる。
【００３３】
そのような線形演算を行うために、図１の演算ユニット１２は、フォトディテクタ８が出力した電気信号Ｓ１に定数Ｋ1 を乗ずるための増幅器１４と、フォトディテクタ１０が出力した電気信号Ｓ２に定数Ｋ2 を乗ずるための増幅器１６と、増幅器１４及び１６の出力信号の差を得るための減算器（比較器）１８とを含んでいる。
【００３４】
これにより、前述した原理に従って、雑音スペクトルＮＳ１に影響されずに信号スペクトルＳＳ１に関する光信号ＯＳのパワーを正確にモニタリングすることができる。
【００３５】
信号スペクトルＳＳ１に影響されずに雑音スペクトルＮＳ１のパワーをモニタリングすることもできる。例えば、（２）式と（３）式の差分を求めることにより、次式が得られるので、それに基づいて雑音スペクトルのパワーＰASE に比例した値を得ることができる。
【００３６】
Ｖ1 −Ｖ2   ∝  （１／Ｋ1 −１／Ｋ2 ）ＰASE             ・・・（５）
図３を参照すると、図１の光パワーモニタの実施形態が示されている。光信号ＯＳはポート２０から光カプラ２に供給される。光カプラ２はビームＢ１及びＢ２を出力し、ビームＢ１及びＢ２はそれぞれ光帯域通過フィルタ４及び６を通過してビームＢ３及びＢ４となる。
【００３７】
ビームＢ３及びＢ４はそれぞれフォトダイオード２２及び２４に入射する。フォトダイオード２２のカソードは＋の電源線に接続され、アノードは抵抗Ｒ１を介して接地されており、これによりフォトダイオード２２には逆バイアスが与えられている。
【００３８】
フォトダイオード２２にビームＢ３が入射すると、フォトダイオード２２のアノードの電位がビームＢ３のパワーに従って変化するので、この変化を電圧信号として取り出すことができる。
【００３９】
フォトダイオード２４のカソードは＋の電源線に接続されアノードは抵抗Ｒ２を介して接地されており、これによりダイオード２４には逆バイアスが与えられている。フォトダイオード２４にビームＢ４が入射すると、フォトダイオード２４のアノードの電位はビームＢ４のパワーに従って変化する。従って、この変化を電圧信号として取り出すことができる。
【００４０】
フォトダイオード２２のアノードは抵抗Ｒ３を介して演算増幅器２６の＋入力ポートに接続されている。演算増幅器２６はボルテージフォロアーとして用いられる。
【００４１】
演算増幅器２６の−入力ポートは接地され、＋入力ポートと出力ポートとの間には抵抗Ｒ４が接続されている。
【００４２】
演算増幅器２６の出力ポートは抵抗Ｒ５を介して演算増幅器２８の＋入力ポートに接続される。演算増幅器２８は演算増幅器２６の出力レベルを定数倍するためのものである。
【００４３】
演算増幅器２８の−入力ポートは接地され、＋入力ポートは可変抵抗ＶＲ１を介して出力ポートに接続されている。可変抵抗ＶＲ１の値を調整することによって、演算増幅器２８の利得が調整可能である。
【００４４】
演算増幅器２８の出力ポートは抵抗Ｒ６を介して演算増幅器３０の＋入力ポートに接続されている。演算増幅器３０は誤差信号を得るための減算器（比較器）として用いられている。
【００４５】
フォトダイオード２４のために、演算増幅器２６及び２８にそれぞれ対応する演算増幅器３２及び３４が設けられている。また、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及びＲ６に対応してそれぞれ抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９及びＲ１０が設けられており、可変抵抗ＶＲ１に対応して可変抵抗ＶＲ２が設けられている。
【００４６】
抵抗Ｒ１０は演算増幅器３４の出力ポートと演算増幅器３０の−入力ポートとを接続するためのものである。演算増幅器３０の＋入力ポート及び出力ポートは抵抗Ｒ１１により接続されている。そして、演算増幅器３０の出力信号はポート３６を通って出力される。
【００４７】
従って、ポート２０及び３６がそれぞれこの光パワーモニタの入力ポート及び出力ポートとなる。
【００４８】
この実施形態によると、簡単なアナログ回路を用いて図１の光パワーモニタを得ることができ、従って、入力ポート２０での光信号ＯＳのパワーを正確にモニタリングしてそのモニタリングデータを出力ポート３６から出力することができる。説明は省略するが、図１の演算ユニット１２をデジタル回路によって構成してもよい。
【００４９】
図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、光帯域通過フィルタ４及び６の特性の例がそれぞれ示されている。それぞれにおいて縦軸は減衰（ｄＢ）を示し横軸は波長（ｎｍ）を示している。
【００５０】
減衰が２０ｄＢよりも小さくなる波長範囲を通過帯域として定義すると、図４の（Ａ）の例では、フィルタ４の通過帯域は約２５ｎｍであり、図４の（Ｂ）の例では、フィルタ６の通過帯域は約４ｎｍとなる。
【００５１】
図４の（Ａ）に示されるようにフィルタ４が比較的広い通過帯域を有している場合、図３の演算増幅器２８の出力レベルには、雑音スペクトル及び信号スペクトルの双方が反映される。従って、演算増幅器２８の出力ポートをポート３６とは別にポート３８に破線で示されるように接続しておくことによって、雑音スペクトル及び信号スペクトルの双方が反映される光パワーをモニタリングすることができる。
【００５２】
図５を参照すると、本発明による光パワーモニタの第２の基本構成が示されている。雑音スペクトルＮＳに重畳された信号スペクトルＳＳを有する光信号ＯＳがフォトディテクタ４０に供給される。
【００５３】
フォトディテクタ４０は、光信号ＯＳの瞬時パワーに対応して変化するレベル（例えば電圧レベル又は電流レベル）を有する電気信号Ｓ１１を出力する。
【００５４】
電気信号Ｓ１１は低域通過フィルタ４２及び演算増幅器４４に供給される。フィルタ４２は、供給された信号Ｓ１１のＤＣ成分を出力信号Ｓ１２として通過させる。
【００５５】
演算増幅器４４は、供給された信号Ｓ１１及びＳ１２の差に相当する誤差信号ＥＳを出力する。
【００５６】
図６の（Ａ）〜（Ｄ）を参照すると、それぞれ、光信号ＯＳと信号Ｓ１１及びＳ１２と誤差信号ＥＳとの波形が示されている。
【００５７】
光信号ＯＳの信号スペクトルＳＳは主信号により与えられており、従って、光信号ＯＳ及び電気信号Ｓ１１においては、ＤＣの雑音成分に主信号成分が重畳された波形が得られている。そして、信号Ｓ１１が低域通過フィルタ４２を通過することにより主信号成分は遮断され、図６の（Ｃ）に示されるように、信号Ｓ１２はＤＣ波形を有するようになる。
【００５８】
そして、信号Ｓ１１及びＳ１２の差として与えられる誤差信号ＥＳは主信号成分に対応する波形を有するようになる。
【００５９】
従って、演算増幅器４４の動作速度が主信号による変調速度に追従しない場合には、誤差信号ＥＳのパワー又はレベルが直接的に信号スペクトルＳＳのパワーを表すことになる。
【００６０】
演算増幅器４４が高速動作可能な場合には、図６の（Ｄ）に示されるように主信号成分が誤差信号ＥＳに表れるので、誤差信号ＥＳに基づき信号スペクトルＳＳに関する光信号ＯＳのパワーを算出する演算ユニット４６を設けるのがよい。
【００６１】
演算ユニット４６は、例えば誤差信号ＥＳに対して作用するピーク検出器４８を含むことができる。
【００６２】
このように、本発明の光パワーモニタの第２の基本構成によると、低域通過フィルタ４２及び演算増幅器４４を用いて電気的に雑音成分をキャンセルするようにしているので、雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる。
【００６３】
図７を参照すると、図５の光パワーモニタの実施形態が示されている。光信号ＯＳは入力ポート５０から光帯域通過フィルタ５２を通ってフォトダイオード５４に供給される。フィルタ５２は雑音スペクトルＮＳを確定するためのものであり、例えば図４の（Ａ）に示されるように比較的広い通過帯域を有している。
【００６４】
フォトダイオード５４のカソードは＋の電源線に接続されアノードは抵抗Ｒ１２を介して接地されている。フォトダイオード５４は主信号による変調速度に十分追従しえる動作特性を有している。
【００６５】
フォトダイオード５４のアノードは抵抗Ｒ１３を介して演算増幅器５６の＋入力ポートに接続されている。演算増幅器５６は高速特性を有するボルテージフォロアーとして用いられる。
【００６６】
演算増幅器５６の−入力ポートは接地されており＋入力ポートは抵抗Ｒ１４を介して出力ポートに接続されている。
【００６７】
演算増幅器５６の出力ポートは低域通過フィルタ５８の入力ポート及び演算増幅器６０の＋入力ポートに接続されている。演算増幅器６０は図５の演算増幅器４４に対応している。
【００６８】
帯域通過フィルタ５８の出力ポートは抵抗Ｒ１５を介して演算増幅器６０の−入力ポートに接続されている。演算増幅器６０の−入力ポート及び出力ポートは抵抗Ｒ１６により接続されている。
【００６９】
ここでは演算増幅器６０は主信号による変調速度に追従しえない動作特性を有している。従って、演算増幅器６０の出力信号には信号スペクトルＳＳのパワーが反映されるので、その出力信号を出力ポート６２により取り出すことができる。
【００７０】
このように本実施形態によっても雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる。尚、低域通過フィルタ５８の出力信号には雑音スペクトルＮＳのパワーが反映されているので、フィルタ５８の出力ポートを破線で示されるようにポート６４に接続しておくことによって、ポート６４により光信号ＯＳの雑音パワーをモニタリングすることができる。
【００７１】
図８を参照すると、本発明による光増幅器の基本構成が示されている。入力ポート６６及び出力ポート６８の間には主光路７０が設定されている。主光路７０上には光増幅媒体７２が設けられている。
【００７２】
入力ポート６６に供給された光信号は光増幅媒体７２によって増幅され、増幅された光信号は出力ポート６８から出力される。光増幅媒体７２は、光信号の波長を含む利得帯域を有するようにポンピングユニット７４によってポンピングされている。
【００７３】
光増幅媒体７２がＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）等のドープファイバ或いは非線形光学媒体である場合には、ポンピングユニット７４は光増幅媒体７２にポンプ光を供給する手段を含む。光増幅媒体７２が半導体チップにより提供されている場合には、ポンピングユニット７４は半導体チップにバイアス電流を注入する手段を含む。
【００７４】
光パワーをモニタリングすべき光信号を主光路７０から抽出するために、抽出ユニット７６が主光路７０に動作的に接続されている。
【００７５】
この出願において、ある要素と他の要素とが動作的に接続されるというのは、これらの要素が直接接続される場合を含み、更に、これらの要素の間で電気信号又は光信号の受渡しができる程度の関連性をもってこれらの要素が設けられている場合を含む。
【００７６】
抽出された光信号のために、本発明による光パワーモニタ７８が抽出ユニット７６に動作的に接続されている。光パワーモニタ７８は一般的には図１の第１の基本構成或いは図５の第２の基本構成を有している。
【００７７】
前述したように光パワーモニタ７８においては雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができるので、そのモニタリング結果に基づいて光増幅器における種々の制御を良好に行うことができる。
【００７８】
例えば、入力ポート６６に供給された光信号が抽出される場合には、抽出された光信号のパワーのモニタリングの結果に基づいて光増幅媒体７２のポンピングのシャットダウンに関する制御を正確に行うことができる。
【００７９】
また、光増幅媒体７２において増幅された光信号が抽出される場合には、抽出された光信号のパワーのモニタリング結果に基づいてＡＰＣ（自動パワー制御）を正確に行うことができる。
【００８０】
図９を参照すると、本発明による光増幅器の第１実施形態が示されている。図８の光増幅媒体７２に対応して、ドーパントとしてＥｒ（エルビウム）又はその化合物を含むエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）８０が用いられている。ＥＤＦ８０は入力ポート６６の側に位置する第１端８０Ａと出力ポート６２の側に位置する第２端８０Ｂとを有している。
【００８１】
図８のポンピングユニット７４は、レーザダイオード（ＬＤ）８２と、ＬＤ８２が予め定められた波長のポンプ光を出力するようにＬＤ８２にバイアス電流を供給する駆動回路８４と、ＬＤ８２から出力されたポンプ光をＥＤＦ８０の第１端８０Ａ及び第２端８０Ｂの少なくともいずれか一方からＥＤＦ８０に供給するための光回路とを備えている。
【００８２】
この光回路は、具体的には、ＥＤＦ８０の第１端８０Ａ及びＬＤ８２に接続される波長分割多重（ＷＤＭ）カプラ８６を含む。
【００８３】
この実施形態では、入力ポート６６における入力光信号パワーをモニタリングするために、図８の抽出ユニット７６は、入力ポート６６とＷＤＭカプラ８６との間に設けられる光カプラ８８を含む。光カプラ８８により抽出された光信号は、本発明による光パワーモニタ７８のポート２０（５０）に供給される。
【００８４】
入力ポート６６と光カプラ８８との間には、順方向（入力ポート６６から出力ポート６８に向かう方向）については十分小さい損失を有し、逆方向（出力ポート６８から入力ポート６６に向かう方向）については十分大きい損失を有する光アイソレータ９０が設けられている。また、ＥＤＦ８０の第２端８０Ｂと出力ポート６８との間には、順方向には十分小さな損失を有し逆方向には十分大きな損失を有する光アイソレータ９２が設けられている。
【００８５】
光アイソレータ９０及び９２をＥＤＦ８０の両側に設けているのは、この光増幅器を実用に供する場合にＥＤＦ８０を含む光共振器構造が構成されてこの光増幅器の動作が不安定になることを防止するためである。
【００８６】
入力ポート６６における入力光信号パワーが反映される光パワーモニタ７８の出力信号は、ポート３６（６２）から制御回路９４に供給される。制御回路９４は、入力ポート６６における入力光信号パワーを予め定められた値と比較して、入力光信号パワーが予め定められた値よりも小さいときに、ＬＤ８２が出力するポンプ光を遮断する。
【００８７】
具体的には、制御回路９４からの制御信号が駆動回路８４に供給されて、ポンプ光遮断条件が満足されたときに、駆動回路８４がＬＤ８２に供給するバイアス電流が減少させられ或いは遮断される。
【００８８】
入力ポート６６に供給される光信号の波長が１．５５μｍ帯にある場合、ＬＤ８２が出力するポンプ光の波長は、例えば、０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯に設定される。
【００８９】
入力ポート６６に供給された光信号は、光アイソレータ９０、光カプラ８８及びＷＤＭカプラ８６をこの順に通ってＥＤＦ８０にその第１端８０Ａから供給される。ＬＤ８２からのポンプ光によってポンピングされているＥＤＦ８０に光信号が供給されると、光信号は増幅されてＥＤＦ８０の第２端から出力される。増幅された光信号は、光アイソレータ９２及び出力ポート６８をこの順に通ってこの光増幅器から出力される。
【００９０】
この実施形態では、本発明による光パワーモニタ７８及び制御回路９４を用いているので、入力光信号について雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関するパワーを正確にモニタリングすることができ、信号スペクトルの有無によるポンプ光のシャットダウン制御を正確に行うことができる。例えば、複数の光増幅器が適用される光ネットワークにおいて、ＡＳＥ等の雑音光による制御の誤動作を防止することができる。
【００９１】
図１０を参照すると、本発明による光増幅器の第２実施形態が示されている。この実施形態は、光パワーモニタ７８が出力ポート６８における出力光信号パワーをモニタリングしている点で特徴付けられる。そのために、抽出用の光カプラ８８′がＥＤＦ８０の第２端８０Ｂと光アイソレータ９２との間に設けられている。
【００９２】
ＥＤＦ８０において増幅された光信号の一部が光カプラ８８′により抽出され光パワーモニタ７８のポート２０（５０）に供給される。抽出された光信号の信号スペクトルに関するパワーが反映される光パワーモニタ７８の出力信号は、ポート３６（６２）から制御回路９６に供給される。
【００９３】
ここでは、制御回路９６は、光パワーモニタ７８の出力信号のレベルが一定になるように、駆動回路８４がＬＤ８２に供給するバイアス電流を制御する。
【００９４】
このようなフィードバックループを設けることによって、光増幅器の出力パワーが一定に保たれるＡＰＣ（自動パワー制御）が可能になる。このＡＰＣにおいては、光パワーモニタ７８が増幅された光信号の雑音スペクトルをキャンセルしていることに基づき、信号スペクトルに関するパワーが一定に保たれる。
【００９５】
このように、本実施形態によると、雑音スペクトルに影響されないＡＰＣが可能になる。
【００９６】
図１１を参照すると、本発明による光増幅器の第３実施形態が示されている。ここでは、図９の光アイソレータ９０に代えて光サーキュレータ９８が用いられている。光サーキュレータ９８は、順方向の光を第１のポート９８Ａから第２のポート９８Ｂに通過させるが、逆方向の光を第２のポート９８Ｂから第１のポート９８Ａには通過させず、第２のポート９８Ｂに供給された光を第３のポート９８Ｃから出力する。
【００９７】
従って、入力ポート６６に供給された光信号は、光サーキュレータ９８、光カプラ８８及びＷＤＭカプラ８６をこの順に通ってＥＤＦ８０に供給される。
【００９８】
ＥＤＦ８０において光信号が増幅されるとき、ＥＤＦ８０においては、その第１端８０Ａから第２端８０Ｂに向かうフォワードＡＳＥと第２端８０Ｂから第１端８０Ａに向かうバックワードＡＳＥとが発生する。そして、ＥＤＦ８０における利得がフォワードＡＳＥ及びバックワードＡＳＥに反映されることが知られている。
【００９９】
ＥＤＦ８０の第１端８０Ａから出力されたバックワードＡＳＥは、ＷＤＭカプラ８６及び光カプラ８８をこの順に通って光サーキュレータ９８の第２のポート９８Ｂに供給される。そしてこのバックワードＡＳＥは第３のポート９８Ｃを通って雑音帯域を確定するための光帯域通過フィルタ１００に供給される。
【０１００】
フィルタ１００を通過したバックワードＡＳＥはフォトディテクタ１０２によりそのパワーに応じた電気信号に変換され、この電気信号がＡＳＥパワーモニタ１０４に供給される。
【０１０１】
ＡＳＥパワーモニタ１０４は演算増幅器１０６及び１０８を含んでいる。フォトディテクタ１０２の出力信号は、抵抗Ｒ１７及びＲ１８を介して演算増幅器１０６の＋入力ポートに入力される。抵抗Ｒ１７及びＲ１８の接続点は抵抗Ｒ１９により接地されている。
【０１０２】
演算増幅器１０６の−入力ポートは接地され＋入力ポートは抵抗Ｒ２０を介してその出力ポートに接続されている。
【０１０３】
演算増幅器１０６の出力ポートは抵抗Ｒ２１を介して演算増幅器１０８の＋入力ポートに接続されている。
【０１０４】
演算増幅器１０８の−入力ポートは接地され、＋入力ポートは可変抵抗ＶＲ３を介してその出力ポートに接続されている。
【０１０５】
このようなＡＳＥパワーモニタ１０４によると、ＥＤＦ８０において生じたバックワードＡＳＥのパワーを演算増幅器１０８の出力信号によりモニタリングすることができる。
【０１０６】
この実施形態では、光パワーモニタ７８及びＡＳＥパワーモニタ１０４の出力信号が制御回路１１０に供給される。制御回路１１０は、光パワーモニタ７８の出力信号に基づき、図９の第１実施形態におけるのと同じようなポンプ光のシャットダウン制御を行う。それに加えて、制御回路１１０は、ポンプ光がシャットダウンされていないときに限って、ＡＳＥパワーモニタ１０４の出力信号が一定に保たれるように、駆動回路８４がＬＤ８２に供給するバイアス電流を制御する。
【０１０７】
前述のようにバックワードＡＳＥにはＥＤＦ８０における利得が反映されているので、このようにＡＳＥパワーモニタ１０４の出力信号に基づくフィードバック制御を行うことによって、入力ポート６６における光信号に信号スペクトルがある場合にこの光増幅器の利得を一定に制御することができる。
【０１０８】
図１２を参照すると、本発明による光増幅器の第４実施形態が示されている。図９の第１実施形態では、光増幅媒体７２（図８参照）が１段構成であるのに対比して、図１２の第４実施形態では、光増幅媒体７２が２段構成を有している。ここでは、図９におけるＥＤＦ８０、ＬＤ８２、駆動回路８４及びＷＤＭカプラ８６に対応して、ＥＤＦ８０（＃１）、ＬＤ８２（＃１）、駆動回路８４（＃１）及びＷＤＭカプラ８６（＃１）が用いられている。
【０１０９】
加えて、光アイソレータ９０と光カプラ８８との間にはＥＤＦ８０（＃２）が設けられている。ＥＤＦ８０（＃２）をポンピングするために、ＬＤ８２（＃２）と、ＬＤ８２（＃２）がポンプ光を出力するようにＬＤ８２（＃２）にバイアス電流を与える駆動回路８４（＃２）と、ポンプ光をＥＤＦ８０（＃２）に供給するためのＷＤＭカプラ８６（＃２）が用いられている。ＷＤＭカプラ（＃２）は、光アイソレータ９０とＥＤＦ８０（＃２）との間に設けられている。
【０１１０】
入力ポート６６に供給された光信号は、光アイソレータ９０及びＷＤＭカプラ８６（＃２）をこの順に通って第１段目のＥＤＦ８０（＃２）に供給され、ここで増幅される。
【０１１１】
ＥＤＦ８０（＃２）において増幅された光信号は、光カプラ８８及びＷＤＭカプラ８６（＃１）をこの順に通って第２段目のＥＤＦ８０（＃１）に供給され、ここで更に増幅される。ＥＤＦ８０（＃１）において増幅された光信号は、光アイソレータ９２及び出力ポート６８をこの順に通ってこの光増幅器から出力される。
【０１１２】
この実施形態においては、ＥＤＦ８０（＃２）において増幅された光信号の信号スペクトルに関して光パワーモニタ７８がパワーのモニタリングを行う。そのモニタリング結果に基づいて、制御回路１１２が駆動回路８４（＃１及び＃２）に対してポンプ光のシャットダウン制御を行う。
【０１１３】
この実施形態では、第１段目のＥＤＦ８０（＃２）により光信号を増幅した後にパワーのモニタリングを行っているので、良好なノイズファクタを有する光増幅器の提供が可能になる。即ち、第１段目のＥＤＦ８０（＃２）により光信号を一旦十分な利得で増幅しておくことによって、その後で光パワーモニタリング用の分岐（光カプラ８８による）を行ったとしても、ノイズファクタが劣化しにくいのである。
【０１１４】
尚、第２段目のＥＤＦ８０（＃１）についてのＡＰＣループを設けてもよい。この場合、ＡＰＣループの制御対象は駆動回路８４（＃１）がＬＤ８２（＃１）に供給するバイアス電流である。
【０１１５】
図１３を参照すると、本発明による光増幅器の第５実施形態が示されている。ここでは、図１２の第４実施形態に加えて、図１１の第３実施形態における光サーキュレータ９８、光帯域通過フィルタ１００、フォトディテクタ１０２及びＡＳＥパワーモニタ１０４が付加されており、それに伴って改良された制御回路１１４が用いられている。
【０１１６】
制御回路１１４は、光パワーモニタ７８の出力信号に基づいて駆動回路８４（＃１及び＃２）に対してシャットダウン制御を行うと共に、ポンプ光がシャットダウンされていないときに限って、ＡＳＥパワーモニタ１０４の出力信号が一定に保たれるように、駆動回路８４（＃１）がＬＤ８２（＃１）に供給するバイアス電流を制御する。これにより、ＥＤＦ８０（＃１）について信号スペクトルに基づく正確な利得制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明による光パワーモニタの第１の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の各部におけるスペクトルを示す図である。
【図３】図１の光パワーモニタの実施形態を示す図である。
【図４】光帯域通過フィルタの特性の例を示す図である。
【図５】本発明による光パワーモニタの第２の基本構成を示すブロック図である。
【図６】図５の各部における波形図である。
【図７】図５の光パワーモニタの実施形態を示す図である。
【図８】本発明による光増幅器の基本構成を示すブロック図である。
【図９】本発明による光増幅器の第１実施形態を示すブロック図である。
【図１０】本発明による光増幅器の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１１】本発明による光増幅器の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明による光増幅器の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明による光増幅器の第５実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１８】
２  光カプラ
４，６  光帯域通過フィルタ
８，１０  フォトディテクタ
１２  演算ユニット
【図１】
2006148958.tif 000003
【図２】
2006148958.tif 000004
【図３】
2006148958.tif 000005
【図４】
2006148958.tif 000006
【図５】
2006148958.tif 000007
【図６】
2006148958.tif 000008
【図７】
2006148958.tif 000009
【図８】
2006148958.tif 000010
【図９】
2006148958.tif 000011
【図１０】
2006148958.tif 000012
【図１１】
2006148958.tif 000013
【図１２】
2006148958.tif 000014
【図１３】
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