(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光信号を増幅して出力する希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバを励起する励起手段とを含む光増幅装置であって、
前記希土類添加光ファイバから出力された光信号の一部を受信し、当該受信した光信号に含まれる信号光以外の成分である自然放出光の大きさを測定することで、前記希土類添加光ファイバに蓄積されている蓄積エネルギーの大きさを検出する光検出手段と、
前記希土類添加光ファイバから出力された光信号の一部を入力され、当該入力された光信号の大きさを調整して前記希土類添加光ファイバへ再び入力する回帰手段と、
前記光検出手段から受信した蓄積エネルギーの大きさの情報をあらかじめ定められた値と比較し、前記蓄積エネルギーの大きさが前記あらかじめ定められた値より大きいと判断した場合に、前記蓄積エネルギーの大きさが小さくなるように、前記希土類添加光ファイバへ再び入力する光信号の大きさを調整するよう前記回帰手段に指示する制御手段とを有し、
前記制御手段により前記蓄積エネルギーの大きさが前記あらかじめ定められた値よりも大きいと判断された場合に、前記回帰手段により利得が28ｄＢである前記希土類添加光ファイバへ入力する光信号の大きさは、80μＷ以上110μＷ以下の大きさであることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅装置であって、
前記制御手段は、前記受信した蓄積エネルギーの大きさが前記あらかじめ定められた値より大きいと判断した場合に、前記励起手段に対し前記希土類添加光ファイバへの励起を小さくするよう指示することを特徴とする光増幅装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光増幅装置であって、
前記回帰手段は希土類添加光ファイバにより入力された光信号の大きさを調整して出力し、前記回帰手段の希土類添加光ファイバの増幅帯域は、光増幅装置の希土類添加光ファイバの増幅帯域と同じか又はより広いことを特徴とする光増幅装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光増幅装置であって、
前記回帰手段とは反対側の前記希土類添加光ファイバの端部に接続され、前記希土類添加光ファイバを通過した前記回帰手段からの光信号を遮断する光アイソレータをさらに有することを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送ネットワーク、光通信システムあるいは光伝送システムと、これらに用いられる光増幅装置が具備された各種光伝送用装置及びその制御方法に係わり、特に光サージの発生が抑圧可とされた光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅装置一般においては、光サージは極力抑圧される必要があるものとなっている。ここにいう“光サージ”とは、光増幅装置への信号光入力が瞬時的に増大した場合に、その光増幅装置から極めて高い利得を以て信号光が出力される現象をいう。光サージが発生されるのは、以下の理由による。即ち、信号光入力が減少した場合、所望の信号光出力が得られるべく、励起光のパワーを拡大させ光増幅媒体内での増幅度を増大させる必要があり、したがって、その際、光増幅媒体内部には潜在的に大きな信号光増幅エネルギが蓄積されているが、このような状態で瞬間的に信号光入力が増大すれば、信号光はそれまでに蓄積されているエネルギを受け、極めて高い利得を以て光増幅装置から放出されるからである。光サージが発生すれば、光通信末端側での受光素子の破壊や、コネクタ端面の溶融が誘引されるばかりか、場合によっては、人的障害（視覚障害）をも引き起こすことから、光サージの発生は極力抑圧される必要があるわけである。特に光増幅装置が多段接続される場合、事態は更に深刻である。というのは、一旦発生された光サージが後段の光増幅装置各々で次々と増幅される結果として、それら光増幅装置各々を構成している光学部品に対しても致命的な破壊を与え兼ねないからである。
【０００３】
ところで、光サージに対するこれまでの対策例としては、文献「光アンプ多段接続における光サージの検討」（１９９３年、電子情報通信学会、春季大会Ｂ−９４１）に記載されたものが挙げられる。この対策例における実験系の構成を図４１（Ａ）として、また、多段接続された場合での光増幅器各々での光出力レベルを図４１（Ｂ）として示す。図４１（Ａ）に示すように、信号光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）（中心波長１.５５μｍのＤＦＢ（分布帰還形）ーＬＤモジュールを使用）に対する電流駆動によって、ＬＤからは信号光がその立上り時間可変として発生可とされたものとなっている。そのＬＤからの信号光は各々その前段に光減衰器（ＡＴＴ）が配置されてなる光増幅器（エルビウム添加光ファイバ増幅器に対し、波長１.４８μｍのポンプレーザを用いて励起）（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５）各々を順次介された上、信号光出力として得られている一方、それら光増幅器各々から出力される信号光の波形状態はＡＴＴを介しフォトダイオード（ＰＤ）によってモニタ可とされているが、図４１（Ｂ）からも判るように、ＬＤからの信号光はその立上り時間が遅くなる程に光サ−ジは抑制され得、特にその立上り時間が数ｍｓｅｃオーダに設定される場合には、光サ−ジは殆ど発生されないものとなっている。
【０００４】
また、公知例特開平６−４５６８２における構成例を、図４２に示す。図４２に示すように、光合波器５２で合波された信号光及びレーザーダイオード５３よりの励起光は、光アイソレータ５４を順方向に通過して、ドープファイバ５５に入射する。ドープファイバ５５に信号光及び励起光が入射すると、導波領域にドープされている希土類元素及び励起光の作用によって誘導放出が生じ、信号光は増幅される。増幅された信号光及び消費されずに残った励起光は、光帯域通過フィルタ５６に入射する。光帯域通過フィルタ５６では、励起光及び雑音成分となる自然放出光が除去されて、増幅された信号光のみが光帯域通過フィルタ５６を通過する。通過した信号光は、光分岐回路５７によって、分岐された光を受光回路５８によって受光し、バイアス制御回路５９によって、受光回路５８からの直流電圧を参照電圧Ｖref１と比較してその誤差成分が零になるようにレーザーダイオード５３のバイアス電流を制御する。符号６０は、ポート６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ及び６０Ｄを有する４ポート型の光サーキュレータを表している。ポート６０Ａに供給された光はポート６０Ｂのみから出力し、ポート６０Ｂに供給された光はポート６０Ｃのみから出力し、ポート６０Ｃに供給された光はポート６０Ｄのみから出力し、ポート６０Ｄに供給された光はポート６０Ａのみから出力する。ポート６０Ａにはレーザーダイオード６１からの制御光が供給され、ポート６０Ｂは光分岐回路５７のポート５７Ｂに接続され、ポート６０Ｃは図示しない出力側光伝送路に接続され、ポート６０Ｄはデッドエンドにされる。レーザーダイオード６１からの制御光は、光サーキュレータ６０、光分岐回路５７及び及び光帯域通過フィルタ５６をこの順に通過してドープファイバ５５に導入される。同時にレーザーダイオード６１からの制御光のパワーをバイアス制御回路６２によって受光回路５８からの直流電圧を参照電圧Ｖref４と比較してその誤差成分が零となるように、レーザーダイオード６１のバイアス電流を制御する構成となっている。
【０００５】
本公知例特開平６−４５６８２によれば、制御光の波長はドープファイバ５５で誘導放出を生じさせる波長帯、例えば、信号光の波長にほぼ等しく設定され、入力信号のパワーが比較的ゆっくりと変動したときに光帯域通過フィルタ５６を通過した信号光を受光回路５８によって一部受光し、バイアス制御回路５９によってレーザーダイオード５４からの励起光のパワーが制御され、入力信号光のパワーが急激に変化したときに、バイアス制御回路６２によってレーザーダイオード６１から供給される制御光のパワーが制御されるよう構成されている。これにより、入力信号の急峻な変化にもかかわらず出力信号のパワーを一定に保つことができるものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献「光アンプ多段接続における光サージの検討」には、信号光入力の立上り時間制御によるとする光サージ抑圧方法のみが僅かに開示されているだけであり、その光サージ抑圧方法の実際の光通信システムへの適用に際しては、信号光入力の立上り以外の要因による光サージに対処し得ないなど、その適用は相当限定されざるを得ないものとなっている。たとえ、信号光入力の立上り時間が制御されているとしても、光信号伝送状態にある光ファイバに対し物理的な振動や衝撃が加わった場合には、それによる信号光パワーの瞬間的変動に伴い光サージが容易に誘引されるおそれがあるものとなっている。
【０００７】
また、以上の不具合に加え、従来技術に係る光増幅器においては、光サージを抑圧するためには、励起（光）源からの励起光のパワーを減少せしめるか、あるいはその励起光を一旦停止せしめる必要があるが、その際に、光サージは励起光パワーの減少速度に速やかに追従して抑圧制御され得なく、その制御応答性の向上は望むべくもないものとなっている。何故なら、光サージの抑圧度は、光増幅媒体に入力される信号光の立上り前の蓄積エネルギと、信号光の立上り速度およびその光パワーとに依存しているが、その抑圧速度は励起光パワーの減少速度よりも遅いからである。したがって、光サージが予め設定された値に抑圧されるまで、励起源からの励起光出力は一時的に停止状態におかれるが、このことは、とりもなおさず、事実上、励起源だけでは光サージを効果的に抑圧制御し得ない空白時間が存在し、その間、光サ−ジが発生し続けることを意味している。
【０００８】
更に、従来技術に係る光増幅器では、瞬間的な信号光入力の変動に対し、光増幅器からの信号光出力を安定化させるべく、励起源への駆動電流を大きく変動させる必要があるが、駆動電流が大きく変動される場合にはまた、励起源での発振波長が変動する結果として、信号光出力の安定性を欠いたり、光増幅器全体でのＳ／Ｎ比劣化を引き起こす要因ともなっていたものである。
【０００９】
本発明の第一の目的は、構成簡単にして、しかも信号光出力のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、かつ制御応答性良好にして光サ−ジの発生を抑圧しつつ、信号光入力を増幅し得る光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを供するにある。
【００１０】
次に、本公知例特開平６−４５６８２では、制御光による光出力制御速度の速さについては言及されているが、そのパワーについては言及されていない。実際、光サージを確実に抑圧するためには、制御速度よりむしろドープファイバで過度に生じる蓄積エネルギーの消費制御とその方策が必要であって、本公知例ではその点に言及されていない。
【００１１】
また、本公知例の制御光においてドープファイバで過度に生じる蓄積エネルギーの消費制御を行うことは困難である。なぜなら、制御光として使用される信号光とほぼ同じ波長のＬＤの波長域は、光ファイバ伝送上０．１ｎｍ以下程度であること、制御光をＬＤの波長以外の成分を除去するところの帯域光フィルタを通過させてドープファイバに導入する構成であること、および独立に制御光を用意する必要があることより、いずれも光サージを抑圧するだけの高エネルギーを供給することができないためである。
【００１２】
また、光増幅器本来の機能を損なうことなきよう信号光の損失を低減することは当然ながら、本公知例ではさらに制御光のパワーの損失を低減することが必要なため、公知例において示されているように出力信号光及び制御光の両者の光を低損失で合流分岐する、光サーキュレータ等の複雑高価な光学部品を具備しなければならない。
【００１３】
また制御光として使用するレーザーダイオードも別個に具備する必要があり、かつ超高出力ＬＤが必要であって、新たな開発課題が生じる。
【００１４】
また、光増幅器の特性要素である雑音指数や増幅利得は、制御光を導入することによって著しく劣化するため、制御光の導入は光増幅器が本来持つ特性に悪影響を与える。これを回避する方法についてはいっさい触れられていない。
【００１５】
さらに公知例は、受光回路５８による出力モニタをフィードバックし、励起光や制御光を制御する構成であって、既にドープファイバ５５及び帯域通過フィルタ５６より発出された光出力を検出して光サージを抑圧する構成である。従って例えば、入力信号パワーが減少したとき、ドープファイバ５５内には既に過度のエネルギーが蓄積されるため、これが光サージの要因となるが、受光回路５８だけではこの現象を検知できない。また受光回路５８によって検出した際、既に発生た光サージは抑圧することができない。出力をモニタするだけでは光増幅器全体としてみた場合、確実にかつ高速に光サージを抑圧することが困難となる。
【００１６】
また光出力の変動については言及されているが、光サージ発生の根本原因である変動する光入力自体への対処法は見あたらない。
【００１７】
さらに、光増幅器の光出力の制御法については言及されているが、信号光の利得制御についての記載はない。
【００１８】
本発明の第二の目的は、別個に制御光等のデバイスを設けることなしに、光サージの発生要因となる蓄積エネルギーを抑圧しつつ信号光入力を増幅し得る光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することにある。
【００１９】
本発明の第三の目的は、別個に制御光等のデバイスを設けることなしに、光サージの発生を抑圧しつつ信号光入力を増幅し得る光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することにある。
【００２０】
本発明の第四の目的は、効率よく光サージを抑圧するだけの高エネルギーを供給しつつ信号光入力を増幅し得る光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することにある。
【００２１】
本発明の第五の目的は、高価な光学部品を用いることなしに簡単に構成可能な光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することにある。
【００２２】
本発明の第六の目的は、効率よく光サージを抑圧しつつ、光増幅器の光サージ抑圧以外の特性要素に悪影響を与えることなく信号光入力を増幅し得る光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することにある。
【００２３】
本発明の第七の目的は、光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステム全体としてみた場合、確実にかつ高速に光サージを抑圧することが可能となる光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することを目的とする。
【００２４】
本発明の第八の目的は、光サージ発生の根本原因である変動する光入力に対処し、ドープファイバ内の過度の蓄積エネルギーを解消しつつ信号光入力を増幅し得る光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにそれを利用したシステムを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基本的には、光増幅媒体および該光増幅媒体を励起する励起源をなくとも主構成要素として、これに更に、光増幅媒体よりの信号光出力を一部分岐する第１の分岐手段と、該第１の分岐手段により一部分岐された分岐光を該第１の分岐手段を介し逆方向に回帰させ、信号光出力とは逆方向に上記光増幅媒体に戻すための回帰手段と、上記第１の分岐手段を介された信号光出力の一部を分岐する第２の分岐手段と、該第２の分岐手段により一部分岐された分岐光を検出する光検出手段と、該光検出手段からの検出光パワーにもとづき、上記励起源および回帰手段のうち、少なくとも何れか一方を制御する制御手段とを具備せしめるべく構成するか、または、光増幅媒体よりの信号光出力を一部分岐する第１の分岐手段と、該第１の分岐手段により一部分岐された分岐光を該第１の分岐手段を介し逆方向に回帰させ、信号光出力とは逆方向に上記光増幅媒体に戻すための回帰手段と、該回帰手段から上記第１の分岐手段への回帰光の一部を分岐する第２の分岐手段と、該第２の分岐手段により一部分岐された光を検知する第１の光検出手段と、上記光増幅媒体に戻された上、該光増幅媒体で増幅された回帰光を一部分岐する第３の分岐手段と、該第３の分岐手段により一部分岐された光を検出する第２の光検出手段と、上記第１，第２の光検出手段各々からの検出光パワーにもとづき、上記励起源および回帰手段のうち、少なくとも何れか一方を制御する制御手段とを具備せしめるべく構成することで達成される。
【００２６】
また、光増幅装置に入力される信号光の入力強度に応じて前記光増幅装置の利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の信号光入力強度に対し、前記最大利得以下の正の利得領域を有するよう制御することにより達成される。
【００２７】
また、光増幅装置に入力される入力光の強度が所定値以下であることを検知する検知手段と、当該検知手段からの制御信号を受けて、前記光増幅媒体で発生する光サージを制御するサージ制御光を前記光増幅媒体へ導入する制御光導入手段とを備え、当該制御光導入手段は、前記光増幅装置の雑音指数を１０ｄＢ以下に抑えて利得制御することにより達成される。
【００２８】
また、光増幅装置に入力される入力光の強度が少なくとも１０μｓ以上の時間、所定値以下であることを検知する検知手段と、当該検知手段からの制御信号を受けて、前記光増幅媒体で発生する光サージを制御するサージ制御光を前記光増幅媒体へ導入する制御光導入手段とを備えたことにより達成される。
【００２９】
また、少なくとも２．７μｍ程度の波長を有する制御光を前記光増幅媒体へ導入する制御光導入手段を備えたことにより達成される。
【００３０】
また、８０μＷ以上の強度の制御光を前記光増幅媒体へ導入する制御光導入手段を備えたことにより達成される。
【００３１】
また、信号光を増幅して出力する光増幅器と、当該光増幅器からの増幅された信号光を受ける光受信器とを含む増幅機能付き光受信装置であって、前記光増幅器はその内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備えたことを特徴とする増幅機能付き光受信装置により達成される。
【００３２】
また、光増幅装置に入力される前記信号光の入力強度に応じて前記光増幅装置の利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度が所定値以下の値を所定時間以上示した時点から前記信号光入力強度が前記所定値以上の値を示すまでの間、前記光増幅装置の信号光出力強度を強制的に下げるよう制御することにより達成される。
【００３３】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅し出力光を出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの出力光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は前記信号光が入力される光増幅媒体と、当該光増幅媒体を励起する励起手段と、少なくとも２．７μｍ程度の波長を有する制御光を前記光増幅媒体へ導入する制御光導入手段を備えたことにより達成される。
【００３４】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅し出力光を出力する、最大利得２８ｄＢ以上の光増幅装置と、当該光増幅装置からの出力光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は、前記信号光が入力される光増幅媒体と当該光増幅媒体を励起する励起手段と、８０μＷ以上の強度の制御光を前記光増幅媒体へ導入する制御光導入手段を備えたことにより達成される。
【００３５】
また、信号光を送出する光送信装置と、前記光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を伝送する伝送ファイバと、当該伝送ファイバで伝送された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は前記光送信装置の直後に設置され、且つその内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備えたことにより達成される。
【００３６】
また、一入力・複数出力構成の光スイッチと、当該光スイッチの少なくとも一つの当該出力からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を伝送する伝送ファイバと、当該伝送ファイバで伝送された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は前記光スイッチの直後に設置され、且つ光サージを制御するサージ制御手段を備えたことにより達成される。
【００３７】
また、複数入力・一出力構成の光スイッチと、当該光スイッチからの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を伝送する伝送ファイバと、当該伝送ファイバで伝送された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は前記光スイッチの直後に設置され、且つ光サージを制御するサージ制御手段を備えたことにより達成される。
【００３８】
また、信号光を送出する光送信装置と、前記光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を伝送する伝送ファイバと、当該伝送ファイバで伝送された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は前記光受信装置の直前に設置され、且つその内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備えたことにより達成される。
【００３９】
また、波長多重化された信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は励起光によりエネルギー供給され、当該供給エネルギーにより前記波長多重化された信号光を増幅する光増幅媒体と、当該光増幅媒体で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備えたことにより達成される。
【００４０】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は、励起光によりエネルギー供給され、当該エネルギーにより信号光を増幅する光増幅媒体と、当該光増幅装置に入力される前記信号光の入力強度に応じて利得を制御する利得制御手段を備えたことにより達成される。
【００４１】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受ける増幅機能付き光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記増幅機能付き光受信装置は、前記光送信装置からの信号光を増幅して出力する光増幅器と当該光増幅器からの増幅された信号光を受ける光受信器とを備え、前記光増幅器はその内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備えたことにより達成される。
【００４２】
また、多重化信号を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの信号光を受ける光受信装置とを含み長距離伝送を行う光伝送システムであって、前記光送信装置の直後に設置された光増幅装置は、励起光によりエネルギー供給され、当該エネルギーにより光を増幅する光増幅媒体と、当該光増幅装置に入力される信号光の入力強度に応じて前記光増幅装置の利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の信号光入力強度に対し、前記最大利得以下の正の利得領域を有するよう制御することにより達成される。
【００４３】
また、多重化信号を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの信号光を受ける光受信装置とを含み長距離伝送を行う光伝送システムであって、前記光送信装置の直後に設置された光増幅装置は、励起光によりエネルギー供給され、当該エネルギーにより光を増幅する光増幅媒体と、前記光送信装置からの多重化制御信号に応じて前記光増幅装置の利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の信号光入力強度に対し、前記最大利得以下の正の利得領域を有するよう制御することにより達成される。
【００４４】
また、多重化信号を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する多段接続された光増幅装置と、当該光増幅装置からの信号光を受ける光受信装置とを含み長距離伝送を行う光伝送システムであって、前記光送信装置の直後に設置された光増幅装置は、その内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備え、当該サージ制御手段によって前記光受信装置の信号光入力強度を１６ｄＢｍ以下に抑えたことにより達成される。
【００４５】
また、一入力・複数出力構成の光スイッチと、当該光スイッチの少なくとも一出力からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する多段接続された光増幅装置と、当該光増幅装置から出力される信号光を受ける光受信装置とを含み長距離伝送を行う光伝送システムであって、前記光スイッチの直後に設置された前記光増幅装置は、その内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備え、当該サージ制御手段によって前記光受信装置への信号光入力強度を１６ｄＢｍ以下に抑えたことにより達成される。
【００４６】
また、複数入力・一出力構成の光スイッチと、当該光スイッチからの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する多段接続された光増幅装置と、当該光増幅装置から出力される信号光を受ける光受信装置とを含み長距離伝送を行う光伝送システムであって、前記光スイッチの直後に設置された前記光増幅装置は、その内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備え、当該サージ制御手段によって前記光受信装置への信号光入力強度を１６ｄＢｍ以下に抑えたことにより達成される。
【００４７】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置はその内部で発生する光サージを制御するサージ制御手段を備え、当該サージ制御手段によって前記光受信装置の信号光入力強度を１６ｄＢｍ以下に抑えたことにより達成される。
【００４８】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は、励起光によりエネルギー供給され、当該供給エネルギーにより信号光を増幅する光増幅媒体と、入力される前記信号光の入力強度に応じて利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の予め定められた信号光入力強度範囲に対し、前記最大利得以下の正の利得を有するよう制御することにより達成される。
【００４９】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は、励起光によりエネルギー供給され、当該エネルギーにより信号光を増幅する光増幅媒体と、入力される前記信号光の入力強度に応じて利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度−２０ｄＢｍ以下の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の予め定められた信号光入力強度範囲に対し、前記最大利得以下の正の利得を有するよう制御することにより達成される。
【００５０】
また、信号光を送出する光送信装置と、当該光送信装置からの信号光を受け、当該信号光を増幅して出力する光増幅装置と、当該光増幅装置からの増幅された信号光を受ける光受信装置とを含む光伝送システムであって、前記光増幅装置は、励起光によりエネルギー供給され、当該供給エネルギーにより信号光を増幅する光増幅媒体と、入力される前記信号光の入力強度に対する利得を制御する利得制御手段を備え、当該利得制御手段は、前記信号光入力強度が所定値以下の値を所定時間以上示した時点で、当該時点から前記信号光入力強度が前記所定値以上の値を示すまでの間、前記光増幅装置の信号光出力強度を強制的に下げるよう制御することにより達成される。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１から図４０により説明する。
【００５２】
本発明の具体的構成を説明する前に、本発明による光増幅媒体を制御する方法について説明する。
【００５３】
上述してきたように、実際、光サージを確実に抑圧するためには、制御速度よりむしろ光増幅媒体で過度に生じる蓄積エネルギーの消費制御とその方策が必要である。すなわち、光サージが発生する第一の要因は、光増幅媒体への入力信号光強度が小さい状態において、過度の蓄積エネルギーが光増幅媒体内に保持されることによる。
【００５４】
第二の要因は、発生した光サージを抑圧しようと、瞬時に励起源よりのエネルギー供給を遮断しても、光増幅媒体の増幅応答速度が本質的に遅いため、光増幅媒体よりの光出力強度を瞬時に低下させることが不可能であることによる。
【００５５】
本方法は、光サージの要因となる光増幅媒体の予兆現象を効果的に検知し、かつ光サージの増大を抑圧するための方法である。
【００５６】
図１、図２、図３に、本発明による光増幅媒体を制御する方法の、第一の基本的な状態を示す。
【００５７】
まず図１に、光増幅媒体よりの出力信号光強度と光増幅媒体への入力信号光強度の関係を示す。
【００５８】
光増幅媒体に入力される入力信号光強度に対する出力信号光強度の利得は、前記入力信号光強度の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の定められた入力強度範囲に対し、前記最大利得以下の利得を有するよう、光増幅媒体を制御している。
【００５９】
一般的に、光伝送システムにおいて光増幅を行う際、正常な信号伝送の維持や、異常の早期発見を目的として、光増幅媒体への入力信号光範囲を規定する場合が多い。またシステムマージン等のために規定の入力信号光強度以下であっても、ある程度信号光利得を維持しておくことがある。信号光が規定範囲を下回った場合、通常動作と同様に光増幅媒体の利得増幅率を維持していると、光増幅媒体内に過度の蓄積エネルギーが保持され、光サージ発生の要因となる。
【００６０】
本発明によれば、過度の蓄積エネルギーが発生する入力強度範囲に対し、蓄積エネルギーを抑圧することによって光サージ発生を防止することが可能となる。かつまた、上記所定値以上であって通常に信号光を増幅すべき範囲では、従来の光増幅媒体の利得増幅率等の性能を損なうことなく、安全で信頼性の高い光増幅媒体制御方法を実現可能である。
【００６１】
一般的に信号光利得は、図１の点線のように入力信号光強度が低下するにしたがって、徐々に微増する傾向にある。従って、信号光利得はこの点線の利得より低下するようにすれば本発明の効果は得られる。
【００６２】
図２に、光増幅媒体に光入力パルスが入力された場合の光増幅媒体よりの光出力パルスを示す。
【００６３】
光増幅媒体への入力信号光強度が前記所定値以下に達し、かつ所定値以下の時間範囲があらかじめ定められた時間以上であるとき、光増幅媒体よりの光出力あるいは信号光利得を図２、図１のように低下させるよう、光増幅媒体を制御している。
【００６４】
例えば、入力信号光強度が低下したとき、出力信号光強度も低下するような領域で、低下した入力信号光強度が、所定値以下に達し、且つその時間が所定時間以上であるとき、出力信号光強度を強制的に低下させる。従来、入力信号光に対して一定値を示す出力信号光強度を低下させることによって、蓄積エネルギーを減じることが可能となる。入力信号光が再び所定値以上となった時、光出力は再び向上する。
【００６５】
光増幅媒体を光伝送システムに使用する場合、信号光は必ずしも一定に伝送されているわけではなく、伝送経路中に設置された光スイッチの切り替え時や、光コネクタの機械的な接続時等により、信号光の瞬断が生じる可能性がある。瞬断する時間帯がある一定値以下であれば光増幅媒体における蓄積エネルギーは保持されないが、一定値以上の時間を経過すると、蓄積エネルギーが保持されて、光サージの発生要因となる。
【００６６】
この方法によれば、たとえば光スイッチや、光ファイバの構造的接続等に起因する時間間隔の比較的長い瞬断に対して余分な蓄積エネルギーを保持させることなく光増幅媒体を制御することが可能となる。また、信号光のデータ０連続等の信号状態による不可避、かつ光増幅の必要な、時間間隔の比較的短い瞬断に対しては通常の信号光利得を維持することが可能となる。
【００６７】
ここで、光出力あるいは信号光利得は、必ずしも不連続に変化させる必要はなく、連続的に減少させるよう制御しても良い。
【００６８】
本発明の光増幅媒体制御方法によれば、従来の光増幅媒体の特性に悪影響を与えることなく安全で信頼性の高い光増幅媒体制御方法を実現可能である。
【００６９】
図３に、光増幅媒体よりの出力光の光スペクトルを示す。
【００７０】
光増幅媒体が励起状態にあるとき、光増幅媒体からは増幅された信号光１以外に、自然放出光と呼ばれる信号光以外の光の雑音成分が導出される。この自然放出光成分２の光量は、光増幅媒体への励起エネルギーと信号光利得に依存しており、光増幅媒体の蓄積エネルギー量を端的に表わしている。
【００７１】
本発明では、光増幅媒体の自然放出光量２が、定められた最大自然放出光量以下の自然放出光量２となるよう、光増幅媒体を制御している。
【００７２】
一般的に、光伝送システムにおいて光増幅を行う際、入力信号光強度が低下することによって自然放出光量が増大する場合が多い。入力信号光強度が低下した場合、通常動作と同様に光増幅媒体の自然放出光量を維持していると、光増幅媒体内に過度の蓄積エネルギーが保持され、光サージ発生の原因となる。
【００７３】
本発明によれば、自然放出光量を定められた所定値以下に抑圧することによって、蓄積エネルギーを抑圧し光サージ発生を防止することが可能となる。かつまた、上記所定値以下であって通常に信号光を増幅すべき範囲では、従来の光増幅媒体の利得増幅率等の性能を損なうことなく、光増幅媒体を制御することが可能である。
【００７４】
図４に、図１、図２及び図３に示した光増幅媒体制御方法を適用する光伝送ネットワーク例を示す。図中、光伝送中継拠点３間では、光伝送中継拠点３内の光送受信装置によって信号伝送がなされている。さらに光伝送中継拠点３から各端局４へ、あるいは各端局４から中継拠点３へは、互いに合分配光伝送がなされている。
【００７５】
図５に、例えば図４に示した光伝送ネットワークの光伝送中継拠点間に適用される、光伝送システムの具体的例を示す。光伝送中継拠点３内の光送信装置５よりの送信光信号は、光増幅装置６へ配送される。光増幅装置６よりの増幅された光信号は伝送ファイバ７によって伝送された後、光増幅装置６によって伝送中の光損失を補償すべく光増幅される。再度伝送ファイバ７及び光増幅装置６を介した後、光伝送中継拠点３内の光受信装置８へ配送されるシステムとなっている。
【００７６】
本発明の光伝送システムは、光増幅装置６を有するシステムであって、光増幅媒体９の利得を能動的に増大させるための励起源１０を含んでいる。また前記少なくとも一つの光増幅装置６は、所定の入力強度範囲、所定の時間的範囲あるいは所定の自然放出光量において利得を能動的に減じるための抑圧源１１を含んだ光増幅装置６であることを特徴としている。
【００７７】
ただし、上記入力強度範囲、時間的範囲あるいは自然放出光量において必ずしも抑圧源を限定的に作用させなくともよい。あらかじめ定められた範囲に応じて能動的に作用させる励起源と抑圧源を両者同時に調整しつつ作用させてもよい。
【００７８】
例えば、最終段の光増幅装置のみ抑圧源を含む構成とし、入力強度範囲、時間的範囲あるいは所定の自然放出光量において利得を能動的に減じた場合、本光増幅装置６前段において生じたすべての瞬断や光パルスに対して、本光増幅装置６によって効果的に光サージを抑圧することが可能となる。
【００７９】
また例えば、伝送システム上の全ての光増幅装置６について抑圧源１１を含む構成としても良い。この場合、すべての光増幅装置６の光サージの抑圧度、または正常な光出力パワーと光サージピークの比率である光サージ比率を均等に制御する光増幅装置１１が望ましい。光サージの抑圧度あるいは光サージ比率は、光増幅装置６を通過するごとに積算していく。従ってすべての光増幅装置６に本発明の抑圧源１１を具備させ、前記抑圧度あるいは光サージ比率をそれぞれの光増幅装置６に対して一定値に分散すれば、光伝送システム経路上前記抑圧度あるいは比率をより低い一定値内に抑圧することが可能となる。同時に光伝送システムの危険度を適度に分散することが可能である。
【００８０】
図６に、例えば図４に示した光伝送ネットワークの光伝送中継拠点と各端局間の合分配光伝送に適用される、光増幅装置と光スイッチを組み合わせた装置を有する光伝送システムに適用したときの例を示す。
【００８１】
図６によれば、単一の伝送経路よりの光信号を光スイッチ１２によってａ、ｂいずれかの方向に伝送する。伝送する方向は、スイッチ制御手段１３によって制御されており、伝送された信号光は光増幅装置６によって増幅されてから伝送経路に導出される。光増幅装置６に対して検知手段１４をもって所定の入力強度範囲、時間的範囲あるいは所定の自然放出光量となったとき、光増幅装置６の信号利得を能動的に減じようとするものである。
【００８２】
従来、光スイッチによって光増幅装置への入力光の不連続状態が生じる可能性があったが、この不連続状態あるいは瞬断を効果的に検知して光増幅装置において発生する光サージを抑圧することが可能となる。
【００８３】
本システムでは、スイッチが繋がらない経路に位置する光増幅装置には、光入力が０となる。また、スイッチが繋がる経路に位置する光増幅装置には、光入力がある決まった狭い強度範囲に収まることが多い。従って図１において示したように、入力範囲が事実上連続的に存在することがないため、図７に示すように所定の入力強度において不連続的に利得を低下させる方法をとってもよい。このとき光増幅装置の光出力特性は、図２のようになる。所定の時間範囲を光スイッチの切り替え時間から算出すればさらに有効である。
【００８４】
また、上記入力光の不連続状態を検知する方式は、光サージ予兆現象の検知として有効であるが、光スイッチの接続と、非接続によって光入力の不連続状態あるいは瞬断が生じることが明らかである場合には、実際に伝送される入力信号光や、発生する自然放出光量に依存して制御するのでなく、それ以前の光スイッチ制御手段からの情報をあらかじめ検知することによって、本発明の抑圧源を予見作用させれば、より望ましい。
【００８５】
図８に、図５に示した光増幅装置と光スイッチを組み合わせた装置を有する光伝送システムの派生例を示す。
【００８６】
図８によれば、ａ、ｂ二つの伝送経路よりの光信号を光スイッチ１２によって一つの方向に伝送する。伝送する方向は、スイッチ制御手段１３によって制御されており、伝送された信号光は光増幅装置６によって増幅されてから再び伝送経路に導出される。光増幅装置６に検知手段１４をもって入力信号光が所定の入力強度範囲、時間的範囲あるいは所定の自然放出光量の状態となったとき、光増幅装置６の信号利得を能動的に減じようとするものである。
【００８７】
光スイッチの切り替え等によって入力光の不連続状態が生じる可能性があったが、この不連続状態あるいは瞬断を効果的に検知して光増幅装置６において発生する光サージを抑圧することが可能となる。
【００８８】
本構成では、スイッチが繋がらない時間帯において光増幅装置には、光入力が０となる。また、スイッチが繋がった後、光増幅装置には、光入力がある決まった狭い強度範囲に収まることが多い。あるいは、 ａ、ｂ二つの伝送経路よりの光信号の強度に相違はあっても、それぞれの強度はある狭い強度範囲に収まることが多い。従って図１において示したように、入力範囲が事実上連続的に存在することがないため、図７に示すように所定の入力強度において不連続的に利得を低下させる方法をとってもよい。このとき光増幅装置の光出力特性は、図２のようになる。所定の時間範囲を光スイッチの切り替え時間から算出すればさらに有効である。
【００８９】
また、上記入力光の不連続状態を検知する方式は、光サージ予兆現象の検知として有効であるが、光スイッチの接続と、非接続によって光入力の不連続状態あるいは瞬断が生じることが明らかである場合には、実際に伝送される入力信号光や、発生する自然放出光量に依存して制御するのでなく、それ以前の光スイッチ制御手段からの情報をあらかじめ検知することによって、本発明の抑圧源を予見作用させれば、より望ましい。
【００９０】
図９に、図５に示した光増幅装置を有する光伝送システムの応用例として、光増幅装置と光送信装置を組み合わせた装置を有する光伝送システムに適用したときの例を示す。
【００９１】
光送信装置は３２波長の多重信号を送信する光送信器１５よりの信号を合波器１６によって合波し、伝送ファイバ７に送り出す構成となっている。例えば、ただ一つの信号光のみが運用状態にあり、光増幅装置への入力強度が−５ｄＢｍであるとする。他の信号は停止状態であるため、光増幅装置への入力レベルは低い状態にある。この状態で残りの３１波長の信号光が運用状態になると光パルスが生じ、光サージ発生の要因となる。このときの入力パルスは、全ての信号入力強度がそれぞれ−５ｄＢｍであるとすれば、入力パルスのピーク強度は＋１０ｄｂｍである。
【００９２】
一般的に光送信装置の後段に設置される光増幅装置は、多重化されたそれぞれの光出力が一定値になるよう制御する場合が多い。従って、光増幅装置の全光出力強度は、１波長のみが運用状態にある場合と３２波全てが運用状態にある場合とで約１５ｄＢ変化する。
【００９３】
本構成は、光増幅装置に入力信号光が所定の入力強度範囲、時間的範囲あるいは所定の自然放出光量の状態となったとき、光増幅装置の信号利得を能動的に減じようとするものである。
【００９４】
図１０に、本構成による光増幅装置の全信号光入力強度と全信号光出力強度の関係を示す。例えば、一つの波長の信号光入力強度が−５ｄＢｍであるとき、３２波長の全信号光入力強度は、約１０ｄＢｍとなる。ただし、それぞれの波長は全て同じ強度であると仮定する。例えばそれぞれの波長の出力強度を＋７ｄＢｍに設定すると、全信号光入力強度が−５〜＋１０ｄＢｍの範囲内のとき、全信号光入力強度に対する全信号光出力光強度の利得は１２ｄＢに固定される。本構成では、抑圧源を例えば全入力光強度０ｄＢｍ以下において作用させ同時に励起源を作用させることによって利得を７ｄＢに制御している。
【００９５】
図１１に、制御源と励起源の作用量の全入力光強度に対する変化を示す。
【００９６】
制御源と励起源は互いに相反する作用を示す。図１１に示す特性を実現するために、励起源の作用量図１１（１）は、全入力光強度０ｄＢｍ以下における量が単調に減少せず、やや作用量が増える傾向にある。また同時に抑圧源の作用量図１１（２）は全入力光強度０ｄＢｍ以下において作用量が増加する傾向にある。
【００９７】
励起源の作用量を一定とし、抑圧源の作用量を変化させることによって図１１に示す特性を実現させてもよい。
【００９８】
抑圧源は、あらかじめ定められた所定値から作用させればよく、たとえば全入力光強度＋１０ｄＢｍ以下では常に作用させるよう構成してもよい。このとき、入力強度が大きいところでは、制御源の作用量を極力少なくし、入力強度が小さくなるにしたがって徐々に作用量が増大するようにする方が得策である。そのようにすれば、光増幅装置の雑音指数に悪影響を与えずに光サージを抑圧することが可能である。
【００９９】
また、たとえば、運用されている波長の数を検知して波長数があらかじめ定められた数を下回った場合に抑圧源を作用させるようにしても良い。
【０１００】
このシステムによれば、光送信装置によって生じた入力光の不連続状態あるいは瞬断を効果的に検知して、光増幅装置において発生する光サージを抑圧することが可能となる。
【０１０１】
図１２に、図５に示した光増幅装置を有するシステムにおいて、光増幅装置と光受信装置を組み合わせた装置に適用したときの例を示す。
【０１０２】
光受信装置８は光増幅装置６より直接に光を受光する装置であって光サージによる光受光器等の破壊が最も生じやすい箇所である。例えば、光受信装置の前段に位置する光増幅装置において確実に光サージを抑圧する必要がある例として、光ソリトン伝送が考えられる。光ソリトン伝送とは、信号光をパルス上に送信することによって、光ファイバ特有の非線形効果と、分散の影響を釣り合わせ、光パルスを維持したまま長距離伝送を行う方式である。この方式では、信号波形の劣化や変動等により光サージ発生の要因が多く、光サージ抑圧可能な光増幅装置を具備することが必須である。
【０１０３】
本構成では、光受信装置８前段の光増幅装置６について所定の入力強度範囲あるいは時間的範囲において利得を能動的に減じようとするものである。
【０１０４】
このシステムによれば、本光増幅装置前段において生じたすべての光サージ要因となる瞬断や光パルスに対して本光増幅装置によって効果的に光サージを抑圧することが可能となり、光受信装置の破壊や劣化によって生じる全システムの機能停止を避けることが可能となる。
【０１０５】
図１３に、上記光増幅装置の具体例を示す。
【０１０６】
光増幅装置６に入力された信号光は、検知手段１４内の分岐手段１７によって入力信号光の一部を分岐する。分岐した光は光検出器１８によって入力信号光強度あるいは信号光の変動時間を検知する。一方、分岐手段１７を介した入力信号光は、光増幅媒体９内へ励起源１０からの励起光源とともに導入されており、光増幅媒体９よりの出力は出力信号光として出力される。同時に光増幅媒体９へは、抑圧源１１よりの抑圧光が光合波器１９を介して作用されており、光増幅媒体９に入力される入力信号光強度に対する出力信号光強度の利得は、前記入力信号光強度の所定値で最大利得を有し、前記所定値以下の定められた入力強度範囲に対し、前記最大利得以下の利得を有するよう、検知手段１４よりの信号により、制御手段２０をもって光増幅媒体９を制御している。
【０１０７】
あるいは、光増幅媒体への入力信号光強度が前記所定値以下に達し、かつ所定値以下の時間範囲があらかじめ定められた時間以上であるとき、光増幅媒体よりの光出力あるいは信号光利得を低下させるよう、検知手段１４よりの信号により、制御手段２０をもって光増幅媒体を制御している。
【０１０８】
この光増幅装置によれば、光増幅装置本来の特性を損なうことなく安全で信頼性の高い光増幅装置を提供することが可能となる。
【０１０９】
励起源あるいは抑圧源は光増幅媒体の前段あるいは後段または両端から導入しても良い。
【０１１０】
図１４に、上記光増幅装置の他の具体例を示す。
【０１１１】
光増幅装置に入力された信号光は、光増幅媒体９内へ励起源１０からの励起光源とともに導入されており、光増幅媒体９よりの出力は出力信号光として出力される。出力された光の一部は検知手段１４内の分岐手段１７によって分岐され、分岐された光は信号光成分を取り除く帯域通過フィルタ２１を介して光検出器１８によって自然放出光量を検知する。同時に光増幅媒体へは、抑圧源よりの抑圧光が光合波器を介して作用されており、光増幅媒体の自然放出光量は、定められた最大自然放出光量以下の自然放出光量を有するよう、検知手段１４よりの信号により、制御手段２０をもって光増幅媒体を制御している。
【０１１２】
この光増幅装置によれば、光増幅装置本来の特性を損なうことなく安全で信頼性の高い光増幅装置を提供することが可能となる。
【０１１３】
励起源あるいは抑圧源は光増幅媒体の前段あるいは後段または両端から導入しても良い。また検知手段と抑圧源導入用の光合波器の位置関係は前後して変わってもかまわない。なお、図１３、図１４では、検知手段を光増幅媒体の前段あるいは後段に設けた一例を示したが、これに限らず、伝送路上以外の場所に光増幅媒体から洩れてくる自然放出光を検出しても良い。
【０１１４】
図１５に、光増幅抑圧手段２２の具体例を示す。
【０１１５】
本構成の光増幅抑圧手段２２は検知手段１４と、抑圧源１１から構成されている。光増幅抑圧手段２２に入力された信号光は、検知手段１４内の分岐手段１７によって入力信号光の一部を分岐する。分岐した光は光検出器１８によって入力信号光強度あるいは信号光の変動時間を検知する。同時に光増幅媒体９へは、抑圧源１１よりの抑圧光が作用されており、光増幅媒体９に入力される入力信号光強度に依存して抑圧源よりの抑圧光が光増幅装置に導入されるよう構成されている。
【０１１６】
本構成によれば、従来の光増幅装置に簡単に付加可能な光増幅抑圧手段２２を提供可能である。
【０１１７】
入力強度検知手段の替わりに、蓄積エネルギー検知手段であってもよい。例えば光増幅装置よりの出力光を、蓄積エネルギー検知手段内の光分岐器によって一部分岐する。分岐した光は帯域通過光フィルタによって信号光以外の光成分（の一部）を通過させる。通過した光は光検出器によって検出され、制御装置に伝達される。伝達された検出量に依存して抑圧源よりの抑圧光が導入手段を介して光増幅装置に導入されるよう構成すればよい。
【０１１８】
図１６に、光増幅手段２３の具体例を示す。
【０１１９】
光増幅手段２３に入力された信号光は、光増幅媒体９内へ光合波器２４を介して励起源１０からの励起光源とともに導入されており、光増幅媒体９よりの出力は出力信号光として出力される。同時に光増幅媒体９へは、抑圧源１１よりの抑圧光が光合波器１９を介して作用されており、光増幅媒体９は、励起作用及び抑圧作用両者を能動的に作用させる構成としている。
【０１２０】
本構成によれば、従来の単に光を増幅するだけであった光増幅装置に、制動機能が付加された安全性と信頼性の高い光増幅手段を提供可能である。
【０１２１】
上記抑圧手段の具体例を示す前に、抑圧源の機能を詳しく説明する。
【０１２２】
図１７に光増幅媒体の励起準位を模式的に示す。
【０１２３】
励起源よりの励起光２６によって励起された光増幅媒体は、図のように基底準位から第Ｎ励起準位に持ち上げられ蓄積エネルギーとして保持される。第Ｎ励起準位に持ち上げられた原子は励起源のエネルギーによっては、さらに上の準位に持ち上げられるかあるいは途中の準位を経て再び基底準位に到達する。本発明の抑圧手段は、信号光２７が誘導放出する際に生じる光サージを防ぐために、誘導放出にかかわる蓄積エネルギーを能動的に消費させることにある。従ってこれに相当する抑圧光２５は、第一励起準位から基底準位への遷移において誘導放出を起こさせる１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの広帯域の波長や、第Ｎ励起準位から第Ｎ−１励起準位あるいは第Ｎ−２励起準位………に落ちるときの光を消費させる波長光が望ましい。また、一時的に第Ｎ励起準位の光をさらに上の準位に押し上げる波長光でもよい。
【０１２４】
例えば、第一励起準位から基底準位への遷移において誘導放出を起こさせる１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの広帯域の波長光と、第Ｎ励起準位から第Ｎ−１励起準位あるいは第Ｎ−２励起準位………に落ちるときの波長光を同時に作用させれば、全ての励起準位の原子は光サージの生成に比較して瞬時に基底準位に落とされるため、結果として蓄積エネルギーは早く効率的に消費可能となる。
【０１２５】
蓄積エネルギーを効果的に消費させるためには、できる限り多くの準位遷移に関わる波長光を導入することが有効である。
【０１２６】
図１８に上記抑圧源１１の具体例を示す。
【０１２７】
本構成の抑圧源１１は１．５μｍ帯に発光波長を有するＩｎＧａＡｓＰ系のＬＥＤ２８からの光を、希土類添加光ファイバであるエルビウム添加光ファイバ２９によって増幅し光アイソレータ３０によって戻り光を抑圧しつつ抑圧光とするものである。希土類添加光ファイバ２９を励起する励起源としての０．９８μｍ半導体レーザ３１からの励起光は光合波器３２によって希土類添加光ファイバに導入されている。
【０１２８】
本構成によれば、波長帯域の広い、充分な光パワーの抑圧光を提供可能である。ＬＥＤは半導体レーザに比較して信頼性が高く、また、０．９８μｍ半導体レーザも低出力で廉価なもので充分必要なパワーを供給可能であるため、信頼性の高い廉価な抑圧手段を提供可能である。
【０１２９】
一般に希土類添加光ファイバは、励起源によって励起するだけで、自然放出光である波長帯域の広い光成分が導出される。従って希土類添加光ファイバが、上記ＬＥＤなくとも充分な自然放出光パワーを導出可能であれば、ＬＥＤは必要ない。また、ＬＥＤは半導体レーザであっても良いがその際、信号光のように単一モードのレーザである必要はなく他モード発振のレーザで充分である。また抑圧源のパワー調整は、０．９８μｍ半導体レーザと、ＬＥＤのどちらを用いても良い。
【０１３０】
希土類添加光ファイバ及び励起源とこれを導入する光合波器の代わりに半導体増幅器を用いても良い。このとき励起源は励起電流となる。
【０１３１】
抑圧源１１は、波長帯域の広い、充分な光パワーの抑圧光が得られるよう構成されたものであれば、上記構成にとらわれない。
【０１３２】
図１９に、図１８の他の派生例として光増幅媒体よりの出力光の一部を持ってこれを回帰させ、抑圧光とし光増幅装置に用いた例を示す。
【０１３３】
図１９に示すように、一般的に、光増幅媒体９は励起源１０からの励起光により励起可とされた状態で、外部からの信号光入力Ｐinは光増幅媒体９で光増幅された上、信号光を主とする光出力Ｐout′として取り出されるものとなっているが、本発明による場合、その信号光を主とする光出力Ｐout′の経路上には、回帰光生成用の分岐手段３３、信号光を主とする光出力Ｐout′の光パワー検出用の光分岐手段１７がそれぞれ新たに挿入された状態として構成されたものとなっている。光分岐手段３２を介された信号光を主とする光出力Ｐout′はその一部が光分岐手段１７で分岐された上、光検出手段１８で信号光を主とする光出力Ｐout の光パワーが検出されている一方、光分岐手段１７を介されたものは光増幅装置６からの信号光を主とする光出力Ｐoutとして得られているものである。一方、光増幅媒体９からの信号光を主とする光出力Ｐout′はその一部が光分岐手段３３２で分岐された上、回帰手段３４でその光パワーが調節可とされた上、再び光分岐手段３３を介し光増幅媒体９に回帰光として回帰せしめられるものとなっている。
【０１３４】
図２０に、図１９に示す光増幅装置６の一例での具体的構成を示す。図示のように、光増幅媒体９は前段に光合波器２４を配してなるエルビウム添加光ファイバ３５として、また、励起源１０は９８０ｎｍ励起光源３６としてそれぞれ構成されたものとなっている。９８０ｎｍ励起光源３６よりの励起光は光合波器２４を介しエルビウム添加光ファイバ２４内に導入可とされているものである。これにより、外部からの信号光入力Ｐinは光アイソレータ３７を介された上、エルビウム添加光ファイバ３５で光増幅された後、エルビウム添加光ファイバ３５から信号光を主とする光出力Ｐout′として取り出されているものである。信号光を主とする光出力Ｐout′はその後、光分岐手段３３としての光カップラ（３：９７）３８でその一部（３％）が分岐された上、回帰手段３４で処理されるものとなっている。回帰手段３４では、光カップラ３８からの分岐光は光カップラ（５０：５０）３９により２方向に更に分岐された上、互いに逆方向から調節手段４０に入力されるが、調節手段４０によって調節された光は互いに逆方向より出力された上、光カップラ３９によって再び合波された後、光カップラ３８を介しエルビウム添加光ファイバ３５に回帰光として戻されているものである。その回帰光はエルビウム添加光ファイバ３５で光増幅された上、入力側に逆流するところとなるが、光アイソレータ３７によってその逆流は阻止されているものである。
【０１３５】
一方、光分岐手段３３を介された信号光を主とする光出力Ｐout′（Ｐout′全体の９７％）は光分岐手段１７としてのの光カップラ（５対９５）４１によって、更にその一部（５％）が分岐された上、その光パワーが光検出手段１８で検出されているものである。結局、本例では、光増幅装置としての信号光を主とする光出力Ｐoutは、信号光を主とする光出力Ｐout′全体の９２％として得られているものである。その光検出手段１８からの検出光パワーにもとづき、後述のように、制御手段２０により９８０ｎｍ励起光源３６および調節手段４０が制御されているわけである。尤も、何れか１方のみが制御されるようにしてもよいものである。また、制御手段２０は光分岐手段１７及び光検出手段１８なしに９８０ｎｍ励起光源３６および調節手段４０を制御しても良いものである。エルビウム添加光ファイバ３５では、９８０ｎｍ励起光源３６からの励起光は利得を増大させるべく作用している一方、回帰手段３４からの回帰光は利得を減少させるべく作用しているわけである。
【０１３６】
図２１に、調節手段４０についてその一具体的構成を示す。図示のように、調節手段４０はエルビウム添加光ファイバ２９と、発振波長９８０ｎｍを有する励起光源（廉価な低光出力のもので可）３１と、励起光源３１からの励起光をエルビウム添加光ファイバ２９内に導入する光合波手段３２とから構成されたものとなっている。エルビウム添加光ファイバ２９内では、その両端側より入力される光パワーは、励起光源３１からの励起光による増幅率制御下に増減調節された上、互いに逆側ファイバ端より出力された後、光カップラ３９を介し、逆方向に回帰されるものとなっている。本例では、励起光源３１よりの励起光の増減のみによって、必要とされる回帰光の光パワーが所望に調節可とされているものであり、しかも光カップラ３８からの分岐光がそのまま回帰光の一部として使用され得るものである。
【０１３７】
一般的にエルビウム添加光ファイバをはじめとする光増幅媒体は、増幅あるいは吸収しうる光波長範囲を約５０nm程度以上有している。本発明の目的の一つは、エルビウム添加光ファイバをはじめとする光増幅媒体に不必要に蓄積しているエネルギーを効率的に消費させることであって、このため回帰光はエルビウム添加光ファイバ２９の増幅（吸収）波長を包括しうる光であることが望ましい。図２１で用いた調節手段４０内のエルビウム添加光ファイバ２９は、１５２０nm〜１５７０nm程度の広い波長範囲の光を回帰光として送出し得る。
【０１３８】
図２２（Ａ）に、送出した回帰光の光スペクトルの概略図を示す。通常信号光として用いられる半導体レーザー（ＬＤ）の波長帯域は約０．１nm以下であるが、回帰光として望ましい光スペクトルは、光増幅媒体よりの信号光（０．１nm以下）の他に少なくとも０．３nm程度以上、本具体例では１５２０nm〜１５７０nm程度および２５７０ｎｍ近隣に光スペクトルを有するものであって、より望ましくは、図２２（Ｂ）に示すように１５００nm〜１６００nm程度に光スペクトルを有するものである。また、より厳密には、エルビウム添加光ファイバ３５の増幅（吸収）波長を包括するために、エルビウム添加光ファイバ２９の有する光スペクトルと同様の光スペクトルを有する回帰光であれば、充分な機能を有するといえるものである。また、容易に推測されるように、光増幅媒体９内のエルビウム添加光ファイバ３５が、例えば光スペクトルを波長１０６０nm帯や１３００nm帯に有するネオジウム添加光ファイバや、光スペクトルを波長１３００nm帯に有するプラセオジウム添加光ファイバあるいは、半導体光増幅器であっても同様に、回帰光は、それぞれの波長帯を包括しうる光スペクトルを有することが望ましい。また近年、上記信号光（０．１nm以下）を光増幅媒体の増幅帯域内で複数合波させて、一つの光増幅器にて増幅する波長多重増幅が検討されている。この場合は、本発明の回帰光を用いることによって、あたかも単一の信号光（０．１nm以下）よりも広い波長帯域を持つ回帰光として作用するため、有効である。
【０１３９】
また、前述したように、エルビウム添加光ファイバをはじめとする光増幅媒体は、原理的に光サージを発生する素因がある。光サージをより効果的に抑圧するためには、本発明による回帰光の光量を増加させることが有効であるが、反面過度の光量の増加は光増幅器本来の目的である増幅利得効率を落とす要因となりうる。しかし図２１による調節手段４０を用いれば、例えばエルビウム添加光ファイバ３５において光サージが発生し、光の量が増加した瞬間に、信号光を主とする光出力Ｐout′も増加し、調節手段４０内のエルビウム添加光ファイバ２９においてもエルビウム添加光ファイバ３５と同様の機構において光サージが発生する。すなわち、図２１によれば通常の状態では調節手段４０によって回帰光量は少量とし、光サージが発生したときのみ充分有効な回帰光量を発生させることができるものである。
【０１４０】
図２３（ａ）に、抑圧源を用いないときに生じた光サージ例を示し、図２３（ｂ）に、図２０の具体例と図２１の具体例を持って光サージを抑圧したときの実測データを示す。本発明の効果により、光サージが効果的に抑圧されているものである。
【０１４１】
図２１におけるエルビウム添加光ファイバ２９の長さは約１０mとし、９８０nmの励起光源の光出力を２０mWとしたが、より光サージを抑圧するためには、エルビウム添加光ファイバ２９の長さを長くし、励起光源の光出力を増やす、あるいは光カップラ３８の分岐比を低く（２０対８０等）して、回帰光の光量を増加させればよい。また本実施例では、励起光源の発振波長を９８０nmとしたが、エルビウム添加光ファイバ２９を増幅可能であれば、５３０nm、６６０nm、８３０nm、１４８０nm近隣等に発振波長を有する励起光源を用いても良い。特に５３０nm、６６０nm、８３０nmは、発光ダイオードを使用しても良い。１４８０ｎｍは、低出力のものでよいから発振素子の温度制御装置等の複雑な機能を省いても良い。また、前述したように、ここで使用する励起光源は廉価な低光出力のもので可能であるから、例えば光増幅媒体９に作用させている励起光源３６の出力を一部分岐し、これをエルビウム添加光ファイバ２９に導入するよう構成しても良い。
【０１４２】
因みに、調節手段４０が半導体光増幅器として構成される場合には、励起電流の増減によりその半導体光増幅器での増幅率が制御されることで、回帰光の光パワーが調節されるものである。
【０１４３】
図２４は前記回帰手段３４の他の構成を示したものである。本例では、図示のように、光カップラ３８からの分岐光は光カップラ３９を介されることなく、直接既述の調節手段４０を介し端面鏡面加工ファイバ４２、即ち、その端面が鏡面加工されたファイバ４２によって逆方向に反射された後、再び調節手段４０を介し回帰手段３４より出力される構成となっている。これにより構成部品少なくして、回帰手段３４が構成され得るものである。因みに、信号光出力Ｐout′からの光分岐量を削減するには、図２５に示すように、光分岐手段３３は光分岐手段１７，光検出手段１８間に配置すればよい。また、更なる変形として、図２６に示すように、回帰手段３４からの回帰光は、光分岐手段３３，１７を介されることなく、光合波器４３を介し光増幅媒体９に回帰されるようにしてもよいものである。
【０１４４】
本構成は、光分岐カプラによって分岐された光出力のパワーによって光学的に回帰光が調整され得るものであって、電気的な系とは異なる光学的なフィードバック回路を含んでいる。したがって抑圧方法は至って簡単であり、電気的な遅れや制御方法等によって万が一にも光サージを出してしまうことがない。
【０１４５】
また本構成は、波長多重伝送の場合にはさらに有効である。波長多重伝送では、多重された信号が、帯域の広い回帰光と同様の効果を持っているため、光サージの抑圧度はさらに高い。たとえば、波長多重信号において、波長多重数が、２波長から３２波長に瞬時に立ち上がった場合、光増幅装置では光サージの要因となる。このような場合でも本構成の回帰光によれば、自動的に光サージを抑圧し、安定な波長多重システムを構築することが可能となる。
【０１４６】
本構成によれば、光サージを抑圧するに十分な光強度を有する抑圧手段を提供することが可能となる。
【０１４７】
図２７に、図１４の具体的構成を示す。図２７に示すように、一般的に、光増幅媒体９は励起源１０からの励起光により励起可とされた状態で、外部からの信号光入力Ｐinは光増幅媒体９で光増幅された上、信号光を主とする光出力Ｐout′として取り出されるものとなっているが、本発明による場合、その信号光を主とする光出力Ｐout′の経路上には、回帰光生成用の分岐手段３３、信号光を主とする光出力Ｐout′の光パワー検出用の光分岐手段１７がそれぞれ新たに挿入された状態として構成されたものとなっている。光分岐手段３３を介された信号光を主とする光出力Ｐout′はその一部が光分岐手段１７で分岐された上、さらに光分岐手段４４によって分岐された後、光検出手段１８で信号光を主とする光出力Ｐout の光パワーが検出されているものと、信号光以外の成分のみを通過する光フィルタ２１を介した後、光検出手段１８’で信号光以外の成分の光パワーを検出されているものとに分けられる。また、光分岐手段１７を介されたものは光増幅器からの信号光を主とする光出力Ｐoutとして得られているものである。一方、光増幅媒体９からの信号光を主とする光出力Ｐout′はその一部が光分岐手段３３で分岐された上、回帰手段３４でその光パワーが調節可とされた上、再び光分岐手段３３を介し光増幅媒体９に回帰光として回帰せしめられるものとなっている。信号光を主とする光出力Ｐoutの光パワーが所望値に維持されるべく、制御手段２０ではまた、光検出手段１８からの検出光パワーにもとづき、励起源１０、回帰手段３４の少なくとも何れか一方が制御されているものである。ただし光検出手段１８は、信号光を主とする光出力Ｐoutを一部モニタしようとするものであって、省くことによって本発明の効果が失われることはない。
【０１４８】
図２８に、図２７に示した光増幅装置の一例での具体的構成を示す。図示のように、光分岐手段１７によって分岐された光を、さらに光分岐手段４４としての光カップラ（５０：５０）４５によって分岐し、片方は光検出手段１８によって検出し、もう片方は、信号光以外の光の成分のみを検出するよう、光フィルタ２１を介した後光検出手段１８‘によって検出しようとするものである。例えば信号光の波長が、１５５０nmである時、信号光以外の光の成分は、１５２０〜１５４５nmに存在するため、１５４５nm以上の波長の光をカットする低域通過光フィルタを使用すればよい。
【０１４９】
図２９に、図２４、図２５、図２６における制御手段２０の具体的回路構成を示す。光検出手段１８’よりの検出光パワーは予め定められた基準値４６と比較器４７で比較されており、あらかじめ定められた基準値４６より光検出手段１８’のモニタ値が上がったときのみスイッチ４８がON状態となり電流源４９より調節手段４０内の９８０nm励起光源３１を動作させるべく電流が供給される回路となっている。一方、光検出手段１８よりのモニタ信号があらかじめ定められた基準値５０と比較して一定となるようフィードバック回路５１は９８０ｎｍ励起光源３６を駆動する回路となっている。
【０１５０】
既述したように、回帰光は、励起光とは逆の機能を有し、過度の光量の回帰光は光増幅器本来の性能を制限するものとなる。
【０１５１】
また、エルビウム添加光ファイバ内の蓄積エネルギーは、一定値以上増加させないことが光サージを防ぐ上で重要である。光増幅媒体９によって信号光が増幅される場合、増幅された信号光には信号光以外の波長の光成分が含まれるものとなっている。この信号光以外の波長成分は、蓄積エネルギーの量を示すものである。
【０１５２】
例えば、本構成では、光増幅媒体の信号光利得を３２ｄＢとしており、光サージを正常光出力強度に対して１ｄＢ以下に抑圧するため、信号光以外の波長成分である自然放出光量が、−１４．０ｄＢｍ／ｎｍ以上増加せぬよう制御している。
【０１５３】
具体例において説明したような構成をとることによって、あらかじめ規定された値以上に蓄積エネルギーが増加したときのみ回帰光を作用させ、通常の規定範囲内の蓄積エネルギーでは、何ら励起光源の作用を制限する要素とはならないよう構成することが可能である。
【０１５４】
また蓄積エネルギーが、規定のパワーより増加したとき、回帰光を作用させると同時に、励起光をも落とすよう制御しても良い。そのようにすれば、単に励起光を落としただけでは蓄積エネルギーは消費できないが、同時に回帰光が作用していることによってより効果的に光サージを抑圧可能である。
【０１５５】
また蓄積エネルギーの量を示す信号光以外の波長成分の光は、エルビウム添加光ファイバの後段からだけでなく、前段や、ファイバの側方からも放出されるものであるから、光検出手段は、エルビウム添加光ファイバの前段からの分岐あるいは側方からのとりこみによってモニタしても良い。
【０１５６】
本構成によれば、光サージを抑圧するに十分な光強度を有する制御光手段を簡単に提供することが可能となり、かつ制御応答の良い制御光手段を提供することが可能となる。
【０１５７】
図３０に、図１４の他の派生例を示す。図２０の回帰手段を適用し、前記図３０に示した光増幅装置を構成し、図１２に示した光受信装置と組み合わせたシステムを、図４に示した光伝送システムにおいて使用したときのサージ抑圧例について、以下説明する。
【０１５８】
本構成では、抑圧光を導入するための９７：３光分岐カプラ３８において、光出力の約３％を回帰手段３４へ導入している。回帰手段３４内で分岐されている次の５０：５０光分岐カプラ３９では、約５０％が右回りの経路をたどって調節手段４０にて調節され、所定の光パワーとなった後、５０：５０光分岐カプラ３９において約５０％が９７：３光分岐カプラ３８に配送される。また左回りの経路をたどった光も同様に調節手段よりの約５０％が戻り、結果として調節手段片端より出た光のほぼすべてを回帰光として戻すことが可能である。戻った光は９７：３光分岐カプラ３８によって約３％が光増幅媒体９に導入されることになる。回帰光はそのパワーが大きいほど抑圧効果は大であるが、９７：３光分岐カプラ３８の分岐比を大きくとってしまうと、光増幅媒体９からの光出力を低下させ本来の光増幅装置の特性を落とすことになる。たとえば９７：３光分岐カプラ３８の分岐比を５０％にしてしまうと、回帰光は５０％を戻すことが可能であるが、光増幅装置の光出力損失も５０％に低下してしまう。
【０１５９】
本構成のように、回帰光調整手段４０によって十分なパワーの光が用意可能であれば、９７：３光分岐カプラ３８における光損失を−３％に抑圧することが可能でありかつ、回帰光が−９７％の損失を受けても十分な抑圧効果を持たせることが可能である。ここで、光増幅媒体９よりの光出力の損失を抑圧し、回帰光の光パワーの損失も最低限に抑えるための方法として光サーキュレータを使用する方法があるが、光カプラより構成が複雑でかつ高価であるため、光カプラの方が得策であると考える。
【０１６０】
抑圧光を光増幅媒体９の前方から導入した場合にも同様なことが言える。とくに光増幅媒体９の前段に信号光損失が生じると、光増幅装置全体の雑音指数特性を劣化させることになる。従って本発明の回帰手段は、光増幅装置全体の特性に悪影響を与えずに充分な抑圧効果を有する点で有効である。
【０１６１】
調節手段４０の光増幅媒体２９には、光増幅媒体３５と同じ組成のものを使用している。また、光増幅媒体３５を０．９８μｍで励起しているため、調整手段４０も０．９８μｍの励起光源を使用している。その理由は、上述したように本発明の目的は励起準位の原子を効果的に消費させることであって光増幅媒体３５の蓄積エネルギーを効率よく消費させるためには調整手段４０にて使用する光増幅媒体２９の増幅帯域が類似している方がよい。また、上述したように本発明の目的は励起準位の蓄積エネルギーを消費させることであって、例えば０．９８μｍの励起光源３６を使用し光増幅媒体３５を励起する場合には、信号光の誘導放出にかかわる準位の上に、２．７５μｍ帯の光を放出する準位が存在する。従って、調整手段４０に同じ放出過程の励起光源３１及び光増幅媒体２９を使用することによってさらに回帰光の効果を高めることが可能となる。
【０１６２】
また後述するように、使用する励起光源３１の光パワーは少量でよく、電流消費量も少なくてすむ。したがって励起光源３１の温度調整機能は設けておらず、構成がより簡単となっている。
【０１６３】
図５の光伝送システムによれば、光受信装置８内の光受信器において、その破壊を防止するため＋１６ｄＢｍ以下に光サージピーク強度を抑圧可能とするものである。より望ましくは、＋１０ｄＢｍ 以下に抑圧することが望ましい。さらに本システムでは、最終段の光増幅装置の光出力パワーは、−１０ｄＢｍから＋５ｄＢｍである。図３１に、光出力パワーに対して本構成が抑圧可能とする光サージのピーク比率を示す。図３１（１）によれば本伝送システムの特徴は、例えば光出力−１０ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を２６ｄＢ以下に抑圧したことである。また例えば、光出力＋５ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を１１ｄＢ以下に抑圧したことである。より望ましくは、同じく図３１（２）に示すように、例えば光出力−１０ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を２０ｄＢ以下に抑圧したことである。また例えば、光出力＋５ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を５ｄＢ以下に抑圧したことである。
【０１６４】
さて、光サージが最も顕著に現れる条件は、最前段の光増幅装置の前で急峻な光パルスが立ち上がった場合である。なぜなら、光サージはそれぞれの光増幅装置について発生し、積算していくためである。図５において説明したように、すべての光増幅装置に本発明の抑圧源を具備させ、前記抑圧度あるいは光サージ比率をそれぞれの光増幅装置に対して一定値に分散すれば、光伝送システム経路上前記抑圧度あるいは比率をより低い一定値内に抑圧することが可能となる。同時に光伝送システムの危険度を適度に分散することが可能である。従って、同じく図３１（３）に示すように、例えば伝送システム経路上に光増幅装置は４台使用使用した場合、個々の光増幅装置の特徴は、例えば最終断の光増幅装置の光出力−１０ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を６．５ｄＢ以下に抑圧したことである。また例えば、光出力＋５ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を２．７５ｄＢ以下に抑圧したことである。より望ましくは、同じく図３１（４）に示すように、例えば光出力−１０ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を５ｄＢ以下に抑圧したことである。また例えば、光出力＋５ｄＢｍの時、光サージのピーク比率を１．２５ｄＢ以下に抑圧したことである。
【０１６５】
さて実際のシステム設計では、一例として、光受信装置内の光受信器において、その破壊を防止するため、＋１０ｄＢｍ 以下に抑圧させた。さらに本システムでは、最終段の光増幅装置の光出力パワーは、−２ｄＢｍであったため、最終段における光サージの比率が、１２ｄＢを超えないよう設計する必要がある。また、伝送システム経路上に光増幅装置は４台使用したため、それぞれの光増幅装置における光サージの、正常光出力からの光サージの比率が＜３ｄＢに抑圧されるよう設計した。
【０１６６】
さらに、光受信器が光サージによって破壊される直接的な原因は、ジュール熱に起因することが多い。光サージの出力パルスは比較的時間の長いパルスとなるため、サージパルスをできる限り速く収束させることが必要である。
【０１６７】
図３２に、本具体例において適用した、光サージを疑似的に発生させる光パルスを示す。光パワーが、−∞から＋３ｄＢｍまで立ち上がり、その立ち上がり時間が最大２μＳであるような光を光増幅装置に入力した。
【０１６８】
図３３に、光サージの比率が本構成によって＜３ｄＢに抑圧された結果を示す。また図３４に、このとき光増幅媒体の利得増幅率に対する光増幅媒体に入力された回帰光パワーを示す。光サージを設計値内に抑圧するためには、１００μＷ以上の回帰光を入力することが必要であって、このとき回帰光の光パワーは３：９７光分岐カプラの前で３．３ｍＷ以上が供給されている。
【０１６９】
回帰光の波長帯域は、信号光以外の波長帯域を有することは抑圧光としての効果を高める点で重要である。図３５に、回帰光の波長帯域幅を変えたときの励起光源の必要電流を示す。光サージは本発明の構成によって少ない電流で効果的に抑圧されているが、波長帯域を狭くすることによって必要電流は増加する。特に光増幅媒体の増幅利得を比較的低く抑えた場合に必要電流の差は顕著であり、３ｄＢ波長帯域において０．３ｎｍ以下の波長帯域では、光増幅媒体の利得を減じることにより必要電流が増加する。
【０１７０】
本実験の結果より、回帰光の波長帯域は、３ｄＢ波長帯域において０．１ｎｍ以上の波長帯域を有する光であることが望ましい。また０．１ｎｍ以下の波長帯域であっても複数波長であればよい。例えば、波長多重システムのように、複数の信号光が同時に光増幅媒体によって増幅されるとき、これを回帰光に使用することは有効である。あるいは一般的に使用される信号光は、サイドモード抑圧比が、３０から４０ｄＢ程度あるが、このような信号光とは異なり、信号光以外に信号Ｓ／Ｎで４０ｄＢ以下の裾野を有するか、信号光として適さない４０ｄＢ以下のサイドモードを有する波長の光を回帰光に使用することも有効である。
【０１７１】
次に光増幅媒体は、その用途によってデバイス長や組成濃度あるいは形状等が変わることが多い。たとえば、一般的に希土類添加光ファイバでは、増幅効率と雑音指数はトレードオフの関係にあり、雑音指数を低減させるためには、希土類の添加量を少なくしたり、希土類添加光ファイバの長さを短くする等の方法が採られるが、増幅効率は低下する。
【０１７２】
図３６に、上記光増幅媒体の増幅パラメータが変わった場合の、回帰光パワーの変化を示す。実システム設計上、光増幅媒体の利得増幅率が決まる場合が多い。本構成による実験も、光増幅装置の必要利得が２８ｄＢであり、用途によって希土類添加光ファイバの長さあるいは濃度が変わった場合、必要となる回帰光パワーを示す。長さあるいは濃度を変えると必要励起光源パワーは増加するが、雑音指数は低減される。
【０１７３】
図３６によれば、光増幅装置の利得を２８ｄＢに固定した場合には、回帰光パワーを約８０μＷ〜１１０μＷの範囲に調整可能であるよう調整手段を構成すればよい。
【０１７４】
光増幅装置の用途によって必要利得が変わった場合には、本方式と同様に回帰光パワーの調整範囲を決定すればよい。
【０１７５】
回帰光の帯域は、本構成のように光フィルタ等によって制約することなく調整手段よりのすべての波長帯域の光を導入することが望ましいが、光増幅媒体の前方から回帰光を導入する場合や、特に光フィルタを挿入する必要がある場合等は、回帰光の波長域を望ましい波長域に設定することが必要である。
【０１７６】
図３７に、回帰光の波長域を３ｎｍに設定し、設定された波長帯に対して必要となる回帰光パワーを示す。信号光の波長は、１５５０ｎｍとした。
【０１７７】
回帰光は、光出力の一部を調節して回帰する光であって光出力のうち最も光パワーを占めているものは信号光波長である。したがって信号光波長を有し、かつ信号光以外の波長をも有するものが最も有効である。
【０１７８】
また、次の理由からも信号光波長を有し、かつ信号光以外の波長をも有するものが有効である。すなわち、信号光の波長を有する帯域であれば、たとえば光増幅媒体において光サージが発生した場合、この光サージパルスによって調整手段内部の光増幅媒体において新たな光サージが発生する。光増幅媒体で発生した光サージが急峻でレベルが大きいほど調整手段における光サージも大きくなる。したがって光増幅媒体において光サージが発生した瞬間、通常回帰光として回帰する光パワーより高いパワーの回帰光を戻すことが可能となり、相乗効果によって光増幅媒体での光サージをより効果的に抑圧することが可能となる。しかも、発生したサージが大きいほど抑圧効果も大きくなる。
【０１７９】
図３８に、信号光を帯域に含む３ｎｍの帯域を有する回帰光を使用した場合と、信号光を含まない回帰光を使用した場合とで、３ｄＢ以下に抑圧されたサージパルスを示す。図に明らかなように、信号光を有する波長帯の回帰光によれば、サージが発生したあとの抑圧効果が高く、正常光出力への終息時間が早い。従って、光受信器破壊の直接的原因となるジュール熱の発生量を抑圧することが可能である。またさらに収束時間を早めるためには、信号光が正常に入力されている状態であっても微弱な回帰光を導入しておくことが有効である。なぜなら、調整手段内の蓄積エネルギーを保持することが可能となり、上記調整手段内の光サージをより発生しやすくするためである。微弱な回帰光を導入したことによる光増幅媒体の利得増幅率の低下は、励起源をやや増大させることによって充分補償可能である。
【０１８０】
図３９に、上記光サージが３ｄＢ以下に抑圧されている光増幅装置全体の利得特性を示す。正常な信号光入力強度範囲は、−２０ｄＢｍ以上であってそれ以下の約１５ｄＢ程度（約−３５ｄＢｍ）の入力光強度はシステムマージンとしている。すなわち万一入力信号が−２０ｄＢｍ以下となっても突然光増幅を停止して信号伝送を不用意に妨げることのないよう、利得特性を連続に少量低下させ、かつ雑音指数劣化を極力抑えた回帰光制御を行っている。
【０１８１】
例えば、入力強度−２１ｄＢｍにおいて励起光源の電流値は約３５ｍＡ、−２７ｄＢｍにおいて励起光源の電流値は約４０ｍＡ、−２９．５ｄＢｍにおいて励起光源の電流値は約４５ｍＡ、−３３ｄＢｍにおいて励起光源の電流値は約６０ｍＡである。
【０１８２】
同時にこのとき、自然放出光量は、入力強度−２１ｄＢｍにおいて−１６．１８ｄＢｍ／ｎｍ 、−２７ｄＢｍにおいて−１７．９７ｄＢｍ／ｎｍ 、−２９．５ｄＢｍにおいて−２１．３６ｄＢｍ／ｎｍ、−３３ｄＢｍにおいて−２３．７０ｄＢｍ／ｎｍ である。入力強度−２０ｄＢｍにおいて−１６．０９ｄＢｍ／ｎｍであるから本構成では、自然放出光量も約−１６ｄＢｍ／ｎｍ以下に抑圧されている。
【０１８３】
また例えば、入力信号光強度−２６ｄＢｍでも利得は−２０ｄＢｍにおける最大利得より、２ｄＢ程度しか低下しておらず、正常信号光入力強度範囲に近いところでは、ほとんど劣化が見られないよう制御されている。かつ雑音指数の劣化も０．２ｄＢ程度であって、本伝送システム上何ら悪影響を与えない。
【０１８４】
従来の光増幅装置では、光サージを防止するために、光入力の瞬断や低下を瞬時に検知し、出力あるいは利得を低下させる必要があった。しかしこれによって正常入力強度範囲判定のための雑音耐力等の特性が劣化したり、光出力の安定化制御等の誤動作を誘発する要因となっていた。本発明によれば、これら光サージの問題を解消可能であるため、信号入力の異常低下を正確に検知し、光増幅装置を安定に動作させることが可能である。
【０１８５】
図４０に、光増幅装置全体の出力特性を入力の瞬断時間に対応させて示す。瞬断時間が１０μＳ以下の場合には、入力が変動しても希土類添加光ファイバの応答速度が追い付かず、光サージは発生しない。したがって、瞬断時間が１０μＳ以下の入力に対しては、信号利得は図４０ａのカーブを描くよう調節手段を制御している。一方、瞬断時間が１０μＳ以上の入力に対しては、信号利得は図４０ｂのカーブを描くよう調節手段を制御している。すなわち、信号特性上影響を与えない瞬断に対しては光増幅装置の利得を維持させることが可能である。
【０１８６】
従来の光増幅装置では、光サージを防止するために、光入力の瞬断や低下を瞬時に検知し、出力あるいは利得を低下させる必要があった。しかしこれによって正常入力強度範囲判定のための雑音耐力等の特性が劣化したり、光出力の安定化制御等の誤動作を誘発する要因となっていた。本発明によれば、これら光サージの問題を解消可能であるため、信号入力の異常低下を正確に検知し、光増幅装置を安定に動作させることが可能である。
【０１８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サージ抑圧可能で信頼性及び安全性の高い光増幅媒体制御方法及び光増幅装置並びにこれを用いた光伝送ネットワークを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による光増幅装置の基本的な特性を示す図である。
【図２】図２は、同じく本発明による光増幅装置の基本的な特性を示す図である。
【図３】図３は、同じく本発明による光増幅装置の基本的な特性を示す図である。
【図４】図４は、同じく本発明による光伝送ネットワークの基本的なブロック構成を示す図である。
【図５】図５は、同じく本発明による光伝送システムの基本的なブロック構成を示す図である。
【図６】図６は、光増幅装置と光スイッチが組み合わされたシステム構成を示す図である。
【図７】図７は、図６において許容される特性を示す図である。
【図８】図８は、同じく光増幅装置と光スイッチが組み合わされたシステム構成を示す図である。
【図９】図９は、光増幅装置と光送信装置が組み合わされたシステムの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、光増幅装置の全信号光入力強度と全信号光出力強度の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、光増幅装置の制御源と励起源の作用量の全入力強度に対する変化を示す図である。
【図１２】図１２は、光増幅装置と光受信装置を組み合わせた装置を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す装置の一例での具体的構成を示す図である。
【図１４】図１４は、同じく図１２に示す装置の一例での具体的構成を示す図である。
【図１５】図１５は、光増幅抑圧手段の一例での具体的構成を示す図である。
【図１６】図１６は、光増幅手段の一例での具体的構成を示す図である。
【図１７】図１７は、光増幅媒体の励起準位を模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す抑圧源の一例での具体的構成を示す図である。
【図１９】図１９は、図１８の他の派生例としての光増幅装置を示す図である。
【図２０】図２０は、図１９に示す光増幅装置の一例での具体的構成を示す図である。
【図２１】図２１は、図２０に示す調整手段の一例での具体的構成を示す図である。
【図２２】図２２は、回帰光の光スペクトルの概念図である。
【図２３】図２３は、光増幅装置からの光出力の実測データを示す図である。
【図２４】図２４は、回帰手段の一例での具体的構成を示す図である。
【図２５】図２５は、同じく回帰手段の一例での具体的構成を示す図である。
【図２６】図２６は、同じく回帰手段の一例での具体的構成を示す図である。
【図２７】図２７は、図１４の一例での具体的構成を示す図である。
【図２８】図２８は、図２７に示す光増幅装置の一例での具体的構成を示す図である。
【図２９】図２９は、図２４、図２５、図２６に示す制御手段の一例での具体的回路構成を示す図である。
【図３０】図３０は、図１４の他の派生例での具体的構成を示す図である。
【図３１】図３１は、光出力に対する光サージピーク比率を示す図である。
【図３２】図３２は、図３０の具体例において使用した光サージを擬似的に発生させる光入力パルスを示す図である。
【図３３】図３３は、図３０の具体例における光出力を示す図である。
【図３４】図３４は、図３０の具体例において、光増幅媒体の利得増幅率に対する光増幅媒体に入力された回帰光パワーを示す図である。
【図３５】図３５は、図３０の具体例において、回帰光の波長帯域幅を変えた時の励起光源の必要電流を示す図である。
【図３６】図３６は、図３０の具体例において、光増幅媒体の増幅パラメータが変化した場合の回帰光パワーの変化を示す図である。
【図３７】図３７は、図３０の具体例において、回帰光の波長帯を３ｎｍに設定し、設定された波長帯に対して必要となる回帰光パワーを示す図である。
【図３８】図３８は、図３０の具体例において、信号光を含む回帰光と、含まない回帰光によって抑圧された光サージ出力を示す図である。
【図３９】図３９は、図３０の具体例において、光サージが３ｄＢ以下に抑圧されている光増幅装置の利得特性を示す図である。
【図４０】図４０は、光増幅装置全体の出力特性を入力の瞬断時間に対応させて示す図である。
【図４１】図４１は、従来の光増幅器の構成を示す図である。
【図４２】図４２は、同じく従来の光増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…信号光成分、２…自然放出光成分、３…中継拠点、４…端局、５…光送信装置、６…光増幅装置、７…伝送ファイバ、８…光受信装置、９…光増幅媒体、１０…励起源、１１…抑圧源、１２…光スイッチ、１３…スイッチ制御手段、１４…検知手段、１５…光送信器、１６、１９、２４、３２、４３…合波器、１７、３３、４１、４４…分岐手段、１８…光検出器、２０…制御手段、２１…帯域通過フィルタ、２２…光増幅抑圧手段、２３…光増幅手段、２５…抑圧光、２６…励起光、２７…信号光、２８…ＬＥＤ、２９、３５…エルビウム添加光ファイバ、３０、３７…アイソレータ、３１…半導体レーザ、３４…回帰手段、３６…９８０ｎｍ励起光源、３８、３９、４５…光カップラ、４０…調節手段、４２…端面が鏡面加工されたファイバ、，４６、５０…基準値、４７…比較器、４８…スイッチ、４９…電流源。
【図１】
0003854673.tif 000002
【図２】
0003854673.tif 000003
【図３】
0003854673.tif 000004
【図４】
0003854673.tif 000005
【図５】
0003854673.tif 000006
【図６】
0003854673.tif 000007
【図７】
0003854673.tif 000008
【図８】
0003854673.tif 000009
【図９】
0003854673.tif 000010
【図１０】
0003854673.tif 000011
【図１１】
0003854673.tif 000012
【図１２】
0003854673.tif 000013
【図１３】
0003854673.tif 000014
【図１４】
0003854673.tif 000015
【図１５】
0003854673.tif 000016
【図１６】
0003854673.tif 000017
【図１７】
0003854673.tif 000018
【図１８】
0003854673.tif 000019
【図１９】
0003854673.tif 000020
【図２０】
0003854673.tif 000021
【図２１】
0003854673.tif 000022
【図２２】
0003854673.tif 000023
【図２３】
0003854673.tif 000024
【図２４】
0003854673.tif 000025
【図２５】
0003854673.tif 000026
【図２６】
0003854673.tif 000027
【図２７】
0003854673.tif 000028
【図２８】
0003854673.tif 000029
【図２９】
0003854673.tif 000030
【図３０】
0003854673.tif 000031
【図３１】
0003854673.tif 000032
【図３２】
0003854673.tif 000033
【図３３】
0003854673.tif 000034
【図３４】
0003854673.tif 000035
【図３５】
0003854673.tif 000036
【図３６】
0003854673.tif 000037
【図３７】
0003854673.tif 000038
【図３８】
0003854673.tif 000039
【図３９】
0003854673.tif 000040
【図４０】
0003854673.tif 000041
【図４１】
0003854673.tif 000042
【図４２】
0003854673.tif 000043