光増幅装置及び光増幅方法
【課題】 光バースト信号を用いる光ネットワークにおいて、光サージを抑圧する光増幅装置を提供する。
【解決手段】入力光信号を増幅する光増幅装置において、入力光信号の強度を測定する光検出器（ＰＤ）６２及び利得抑圧用光源制御部６３と、入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧用光源６４と、利得抑圧用光源６４を動作させる利得抑圧用光源制御部６３と、入力光信号と利得抑圧光とを偏波合成する光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５と、光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバ４３を媒体として増幅する光増幅器５２と、光増幅器５２により増幅された光信号を、出力光信号と利得抑圧光に偏波分離する光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３とを備え、利得抑圧用光源制御部６３は、測定された入力光信号の強度が規定値よりも小さいときに、利得抑圧用光源６４を動作させて、利得抑圧光を発生させる。
【解決手段】入力光信号を増幅する光増幅装置において、入力光信号の強度を測定する光検出器（ＰＤ）６２及び利得抑圧用光源制御部６３と、入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧用光源６４と、利得抑圧用光源６４を動作させる利得抑圧用光源制御部６３と、入力光信号と利得抑圧光とを偏波合成する光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５と、光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバ４３を媒体として増幅する光増幅器５２と、光増幅器５２により増幅された光信号を、出力光信号と利得抑圧光に偏波分離する光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３とを備え、利得抑圧用光源制御部６３は、測定された入力光信号の強度が規定値よりも小さいときに、利得抑圧用光源６４を動作させて、利得抑圧光を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置及び光増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ネットワークを広域化するためには、光増幅器が必要となる。光ネットワークでは、エルビウムなどをドープした光ファイバを媒体とする光増幅器が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、近年検討が盛んに行われている、PON（Passive Optical Network）やOBS（Optical Burst Switching）のような、断続的な光バースト信号を用いる光ネットワークでは、光増幅器から光サージが発生する問題がある。
【０００４】
光増幅器では、エルビウムなどをドープした光ファイバに励起光が入射されることによって準安定準位と基底準位の間に反転分布が作り出され、これが入力光に対する利得となる。
【０００５】
幹線系などで用いられる光ネットワークでは、入力光信号が常に存在する状態となるので、ほぼ一定の安定した利得を維持することができる。しかしながら、光バースト信号を用いる光ネットワークでは、データ重なりを防ぐために、入力光信号が存在しない無信号期間が規定されている。無信号期間にも励起光が入力され続けられると、準安定準位と基底準位の間に過剰なポピュレーション差が生じ、無信号期間の後の光バースト信号の先頭部において過剰な利得が与えられ、いわゆる光サージが発生する。
【０００６】
このように光サージが発生すると安定した光伝送特性を得ることができないばかりか、瞬間的に規定以上の光レベルが出力されるので、光増幅器や光増幅器の後段に設けられる光受光部を破損させる可能がある。
【０００７】
そこで、無信号期間における励起光のレベルを制限する光増幅装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
図１は、無信号期間における励起光のレベルを制限する光増幅装置の構成例を示す図である。この光増幅装置は、光増幅器１、光検出器（Photo Detector：PD）２、及び励起用光源制御部３から構成されている。
【０００９】
光増幅器１は、励起用光源１１、光合波器（Wavelength Division Multiplexer
:WDM）１２、増幅用光ファイバ１３、及び光分波器（ＷＤＭ）１４から構成されている。
【００１０】
励起用光源１１は、励起用光源制御部３の制御に従って、励起光を光合波器（ＷＤＭ）１２に出射する。入力光信号と励起光は光合波器（ＷＤＭ）１２に入力され、そこで合波されて、増幅用光ファイバ１３に入力される。増幅用光ファイバ１３は、エルビウムなどがドープされている光増幅素子であって、光合波器（ＷＤＭ）１２からの入力を増幅させ、光分波器（ＷＤＭ）１４に出力する。光分波器（ＷＤＭ）１４は、増幅用光ファイバ１３の出力を、出力光信号と励起光に分波する。出力光信号は、後段の受光素子に出射される。
【００１１】
光検出器（ＰＤ）２は、光増幅器１の増幅用光ファイバ１３の側面から出る自然放出光の強度を検出し、検出結果を励起用光源制御部３に出力する。
【００１２】
励起用光源制御部３は、光検出器（ＰＤ）２から出力される自然放出光の強度をモニタし、自然放出光の強度が所定の規定値を超えた場合、光増幅器１の励起用光源１１をオフにする。これにより励起用光源１１からの励起光の出射が停止する。
【００１３】
光増幅器１の増幅用光ファイバ１３の内部で起きる準安定準位から基底準位への遷移には、入力光信号の強度に比例する誘導放出光と、入力光信号の強度に依存しない自然放出光がある。両者は準安定準位と基底準位の間のポピュレーション差に比例する。従って自然放出光の強度をモニタすればポピュレーション差が過剰になったことを検知することが可能となる。
【００１４】
そこで、このように、励起用光源制御部３が、光増幅器１の増幅用光ファイバ１３から出る自然放出光の強度をモニタし、自然放出光の強度が規定値を超えたと判定した場合は、ポピュレーション差が過剰になったと判定して、励起用光源１１をオフにするようにしたので、無信号期間における励起光の出射を制限し、過剰なポピュレーション差が生じないようにすることができる。即ち光バースト信号に対する光サージを抑圧することができる。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−６５２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら上述した光増幅装置では、自然放出光を光増幅器１の増幅用光ファイバ１３から得るために増幅用光ファイバ１３の被覆の一部を除去したり、励起用光源１１の出力を励起用光源制御部３の制御によりオン又はオフできるようにする必要がある。即ち、上述した光増幅装置を構成するには、既存の光増幅器の一部を改造する必要があり、既存の光増幅器をそのまま流用することができない。
【００１７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、光サージを抑圧できる光増幅装置を、簡単に構成できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の光増幅装置は、入力光信号を増幅する光増幅装置において、上記入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段とを備え、上記利得抑圧光制御手段は、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させることを特徴とする。
【００１９】
前記入力光信号の偏波状態を検出して、前記入力光信号と利得抑圧光の偏波が直交するように入力光信号を調整する光偏波制御手段をさらに設け、前記偏波合成手段は、上記光偏波制御手段により調整された上記入力光信号と前記利得抑圧光とを偏波合成することができる。
【００２０】
本発明の光増幅方法は、入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段とを備える光増幅装置の光増幅方法において、利得抑圧光制御手段が、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させるステップを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の光増幅装置及び方法においては、入力光信号の強度が測定され、上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段が動作され、上記入力光信号と上記利得抑圧光とが偏波合成され、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅器により増幅された偏波合成の結果得られた光信号が、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離され、測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段が動作されて、上記利得抑圧光が発生される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、容易に、光サージを抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に係る光増幅装置の構成例を示すブロック図である。この光増幅装置は、光バースト信号を用いる光ネットワークにおいて利用されるものであって、既存の光増幅器５２の前段に入力制御部５１が、そして後段に光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３が、それぞれ配置されている構成を有している。
【００２４】
入力制御部５１には、入力光信号が入力される。この例の場合、入力光信号は、直線偏波（この例の場合、電界ベクトルが紙面に平行）とする。
【００２５】
入力制御部５１は、入力光信号の強度が規定値よりも小さいとき、入力光信号と、入力光信号と直交する直線偏波（以下、利得抑圧光と称する）とを偏波合成し、光増幅部５２に入力する。
【００２６】
光増幅器５２は、既存の光増幅器であり、励起用光源７１、光合波器（ＷＤＭ）７２、増幅用光ファイバ７３、及び光分波器（ＷＤＭ）７４から構成されている。なお増幅用光ファイバ７３は、エルビウムなどをドープした偏波保持光ファイバである。
【００２７】
光増幅器５２において、入力制御部５１からの光信号と励起用光源７１が出力する励起光とが光合波器（ＷＤＭ）７２で合波され、増幅用光ファイバ７３に入力されて増幅される。光分波器（ＷＤＭ）７４は、増幅用光ファイバ７３の出力を、光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３に入力される光信号と励起光を分波する。
【００２８】
光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３は、光増幅器５２からの入力を、出力光信号と利得抑圧光とに偏波分離する。
【００２９】
次に、入力制御部５１について詳細に説明する。入力制御部５１は、光スプリッタ（Beam Splitter:BS）６１、光検出器（ＰＤ）６２、利得抑圧用光源制御部６３、及び利得抑圧用光源６４、光偏波カプラ（Polarization Beam Splitter :PBS）６５から構成されている。
【００３０】
入力光信号は、光スプリッタ（ＢＳ）６１で、一部のパワーが分岐されて光検出器（ＰＤ）６２に導かれるとともに、一部が透過して光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５に導かれる。
【００３１】
光検出器（ＰＤ）６２は、光スプリッタ（ＢＳ）６１から入力された入力光信号を、電気信号に変換し、利得抑圧用光源制御部６３に出力する。
【００３２】
利得抑圧用光源制御部６３は、光検出器（ＰＤ）６２の出力をモニタし、入力光信号の強度に応じて、利得抑圧用光源６４を制御する。制御処理の詳細については、後述する。
【００３３】
利得抑圧用光源６４は、利得抑圧用光源制御部６３の制御に応じて動作し、利得抑圧光を、光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５に出射したり、その出射を停止したりする。利得抑圧光は、入力光信号と直交する直線偏波（この例の場合、電界ベクトルが紙面に垂直）である。
【００３４】
光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５は、光スプリッタ（ＢＳ）６１を介して導かれた入力光信号と、利得抑圧用光源６４から出射された利得抑圧光とを偏波合成し、光増幅器５２に出力する。
【００３５】
利得抑圧用光源制御部６３の制御処理について詳細に説明する。利得抑圧用光源制御部６３は、例えば、光検出器（ＰＤ）６２の出力を平均化して、入力光信号の強度を測定する。利得抑圧用光源制御部６３は、入力光信号の強度が、例えばシステムの最長０符号連続の場合に予測される値より小さい場合、無信号期間であると判定し、利得抑圧用光源６４をオンにする。これにより利得抑圧光の出射が開始される。
【００３６】
また利得抑圧用光源６４がオンになっている場合において、入力光信号の強度が所定の規定値より大きくなったとき、利得抑圧用光源制御部６３は、光バースト信号が入力されたと判定し、利得抑圧用光源６４をオフにする。これにより利得抑圧光の出射が停止される。
【００３７】
このように利得抑圧用光源制御部６３は動作する。
【００３８】
以上のように、入力光信号の強度が規定値より小さいときに、無信号期間であると判定して、入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を、ダミーとして出射し、入力光信号と偏波合波して光増幅器５２に出力するようにしたので、入力光信号の強度が低い期間においても、利得抑圧光の強度に比例した誘導放出が起きるようになり、過剰なポピュレーション差の発生を抑止することができる。即ち、無信号期間の後の光バースト信号の先頭部の利得を抑圧することができ、光サージを抑圧することができる。またこのことから、ＰＯＮやＯＢＳといった断続的な光バースト信号を用いる光ネットワークの広域化が可能となる。
【００３９】
また以上のように、利得抑圧光を入力（又は出力）光信号と直交する直線偏波にしたので、光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３で、簡単、かつ確実に、出力光信号と利得抑圧光とを分離することができる。即ち入力（又は出力）光信号の波長が利得抑圧光の波長と一致した場合でも、分離することが可能である。
【００４０】
また以上のように、既存の光増幅器５２の前段に入力制御部５１を、後段に光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３を配置する構成を有しているので、既存の光増幅器５２を改造することなくそのまま流用し、入力制御部５１と光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３を光増幅器５２に外付けするだけで、光サージの抑圧可能な光増幅装置を構成することができる。
【００４１】
なお以上においては、入力光信号は、直線偏波（電界ベクトルが紙面に平行）である場合を例として説明したが、光ネットワークでは、偏波保持光ファイバではない通常の光ファイバが用いられることが多く、入力光信号が直線偏波である保証はなく、入力光信号の偏波状態は光ファイバに加わる応力などにより少しずつ変化する。
【００４２】
図３は、このような入力光信号に対応する光増幅装置の構成例を示す図である。この光増幅装置は、光バースト信号を用いる光ネットワークにおいて利用されるものであって、図２の光増幅装置の入力制御部５１の前段に、偏波制御部１０１がさらに設けられている構成を有している。他の部分は、図２の光増幅装置の部分と同様であるので、その説明は適宜省略する。
【００４３】
偏波制御部１０１は、入力光信号の偏波状態を検出して、入力光信号と入力制御部５１での利得抑圧光の偏波が直交するように入力光信号を調整する。
【００４４】
偏波制御部１０１について詳細に説明する。楕円偏波又は円偏波を直線偏波に変換する１／４波長板（λ／４）１１１、及び直線偏波の偏波方向を回転させる１／２波長板（λ／２）１１２は、波長板制御部１２２の制御に応じて光軸が機械的に回転するようになされている。
【００４５】
入力光信号は、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２を透過した後、光スプリッタ（ＢＳ）１１３で２分岐される。分岐された一方の光信号は、光スプリッタ（ＢＳ）１１４に導かれる。他方の光信号は、入力制御部５１に入力され、その光スプリッタ（ＢＳ）６１に導かれる。
【００４６】
光スプリッタ（ＢＳ）１１３を介して光スプリッタ（ＢＳ）１１４に導かれた入力光信号は、さらに２分岐されて、分岐された一方が光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１５に導かれる。
【００４７】
光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１５は、電界ベクトルが紙面に対し１３５°の成分を透過し、電界ベクトルが紙面に対し４５°の成分を反射して、それぞれの成分の光に分離し、分離された各偏波成分の光は、光検出器（ＰＤ）１１６又は光検出器（ＰＤ）１１７に導かれる。
【００４８】
光検出器（ＰＤ）１１６は、電界ベクトルが紙面に対し１３５°の成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。光検出器（ＰＤ）１１７は、電界ベクトルが紙面に対し４５°の成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。なお以下において、光検出器（ＰＤ）１１６の出力をＩ1と称し、光検出器（ＰＤ）１１７の出力をＩ2と称する。
【００４９】
光スプリッタ（ＢＳ）１１４で分岐された他方の光信号は、１／４波長板（λ／４）１１８に導かれ、直線偏波に変換された後、光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１９に導かれる。
【００５０】
光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１９は、電界ベクトルが紙面に平行な成分を反射し、電界ベクトルが紙面に垂直な成分を透過して、それぞれの成分の光に分離し、分離された各偏波成分の光は、光検出器（ＰＤ）１２０又は光検出器（ＰＤ）１２１に導かれる。
【００５１】
光検出器（ＰＤ）１２０は、電界ベクトルが紙面に平行な成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。光検出器（ＰＤ）１２１は、電界ベクトルが紙面に垂直な成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。なお以下において、光検出器（ＰＤ）１２０の出力をＩ3と称し、光検出器（ＰＤ）１２１の出力をＩ4と称する。
【００５２】
波長板制御部１２２は、式（１）を演算し、その演算結果に応じて、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を調整する。
α＝（Ｉ1−Ｉ2）／（Ｉ1＋Ｉ2）
β＝（Ｉ3−Ｉ4）／（Ｉ3＋Ｉ4）
・・・・・（１）
【００５３】
１／４波長板（λ／４）１１１を透過した後の光が直線偏波になっていれば、再度１／４波長板（λ／４）１１８を透過した後の光は円偏波になり、Ｉ3とＩ4は等しくなる。従って波長板制御部１２２は、βが０になるように、１／４波長板（λ／４）１１１の光軸を機械的に回転させ、１／４波長板（λ／４）１１１を透過した後の入力光信号が直線偏波となるようにする。
【００５４】
また１／２波長板（λ／２）１１２を透過した後の光の偏波方向が紙面に対して水平になっていれば、Ｉ1とＩ2は等しくなる。従って波長板制御部１２２は、αが０になるように、１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を機械的に回転させ、１／２波長板（λ／２）１１２を透過した後の入力光信号の偏波方向が紙面に対して水平になるようにする。
【００５５】
偏波制御部１０１はこのように構成されている。
【００５６】
以上のように、波長板制御部１２２が、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を機械的に回転させ、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２を透過した入力光信号が、直線偏波で、電界ベクトルが紙面に平行な光信号となるようにしたので、利得抑圧光の偏波と直交する入力光信号を入力制御部５１に入力することができる。即ち入力光信号が直線偏波である保証はなく、偏波状態が光ファイバに加わる応力などにより少しずつ変化する場合においても、光サージを抑圧することができる。
【００５７】
なお以上においては、偏波制御部１０１としてバルクの１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を機械的に回転させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば光ファイバに応力を付与したり、電気光学効果を用いることによっても同様の機能を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光増幅装置は、光ネットワークにおいて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来の、光バースト対応光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した他の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
５１ 入力制御部， ５２ 光増幅器， ５３ 光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）， ６１ 光スプリッタ（ＢＳ）， ６２ 光検出器（ＰＤ）， ６３ 利得抑圧用光源制御部， ６４ 利得抑圧用光源， ６５ 光偏波カプラ（ＰＢＳ）， ７１ 励起用光源， ７２ 光合波器（ＷＤＭ）， ７３ 増幅用光ファイバ， ７４ 光分波器（ＷＤＭ）， １０１ 偏波制御部， １１１ １／４波長板（λ／４）， １１２ １／２波長板（λ／２）， １１３ 光スプリッタ（ＢＳ）， １１４ 光スプリッタ（ＢＳ）， １１５ 光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）， １１６ 光検出器（ＰＤ）， １１７ 光検出器（ＰＤ）， １１８ １／４波長板（λ／４）， １１９ 光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）， １２０ 光検出器（ＰＤ）， １２１ 光検出器（ＰＤ）， １２２ 波長板制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置及び光増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ネットワークを広域化するためには、光増幅器が必要となる。光ネットワークでは、エルビウムなどをドープした光ファイバを媒体とする光増幅器が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、近年検討が盛んに行われている、PON（Passive Optical Network）やOBS（Optical Burst Switching）のような、断続的な光バースト信号を用いる光ネットワークでは、光増幅器から光サージが発生する問題がある。
【０００４】
光増幅器では、エルビウムなどをドープした光ファイバに励起光が入射されることによって準安定準位と基底準位の間に反転分布が作り出され、これが入力光に対する利得となる。
【０００５】
幹線系などで用いられる光ネットワークでは、入力光信号が常に存在する状態となるので、ほぼ一定の安定した利得を維持することができる。しかしながら、光バースト信号を用いる光ネットワークでは、データ重なりを防ぐために、入力光信号が存在しない無信号期間が規定されている。無信号期間にも励起光が入力され続けられると、準安定準位と基底準位の間に過剰なポピュレーション差が生じ、無信号期間の後の光バースト信号の先頭部において過剰な利得が与えられ、いわゆる光サージが発生する。
【０００６】
このように光サージが発生すると安定した光伝送特性を得ることができないばかりか、瞬間的に規定以上の光レベルが出力されるので、光増幅器や光増幅器の後段に設けられる光受光部を破損させる可能がある。
【０００７】
そこで、無信号期間における励起光のレベルを制限する光増幅装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
図１は、無信号期間における励起光のレベルを制限する光増幅装置の構成例を示す図である。この光増幅装置は、光増幅器１、光検出器（Photo Detector：PD）２、及び励起用光源制御部３から構成されている。
【０００９】
光増幅器１は、励起用光源１１、光合波器（Wavelength Division Multiplexer
:WDM）１２、増幅用光ファイバ１３、及び光分波器（ＷＤＭ）１４から構成されている。
【００１０】
励起用光源１１は、励起用光源制御部３の制御に従って、励起光を光合波器（ＷＤＭ）１２に出射する。入力光信号と励起光は光合波器（ＷＤＭ）１２に入力され、そこで合波されて、増幅用光ファイバ１３に入力される。増幅用光ファイバ１３は、エルビウムなどがドープされている光増幅素子であって、光合波器（ＷＤＭ）１２からの入力を増幅させ、光分波器（ＷＤＭ）１４に出力する。光分波器（ＷＤＭ）１４は、増幅用光ファイバ１３の出力を、出力光信号と励起光に分波する。出力光信号は、後段の受光素子に出射される。
【００１１】
光検出器（ＰＤ）２は、光増幅器１の増幅用光ファイバ１３の側面から出る自然放出光の強度を検出し、検出結果を励起用光源制御部３に出力する。
【００１２】
励起用光源制御部３は、光検出器（ＰＤ）２から出力される自然放出光の強度をモニタし、自然放出光の強度が所定の規定値を超えた場合、光増幅器１の励起用光源１１をオフにする。これにより励起用光源１１からの励起光の出射が停止する。
【００１３】
光増幅器１の増幅用光ファイバ１３の内部で起きる準安定準位から基底準位への遷移には、入力光信号の強度に比例する誘導放出光と、入力光信号の強度に依存しない自然放出光がある。両者は準安定準位と基底準位の間のポピュレーション差に比例する。従って自然放出光の強度をモニタすればポピュレーション差が過剰になったことを検知することが可能となる。
【００１４】
そこで、このように、励起用光源制御部３が、光増幅器１の増幅用光ファイバ１３から出る自然放出光の強度をモニタし、自然放出光の強度が規定値を超えたと判定した場合は、ポピュレーション差が過剰になったと判定して、励起用光源１１をオフにするようにしたので、無信号期間における励起光の出射を制限し、過剰なポピュレーション差が生じないようにすることができる。即ち光バースト信号に対する光サージを抑圧することができる。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−６５２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら上述した光増幅装置では、自然放出光を光増幅器１の増幅用光ファイバ１３から得るために増幅用光ファイバ１３の被覆の一部を除去したり、励起用光源１１の出力を励起用光源制御部３の制御によりオン又はオフできるようにする必要がある。即ち、上述した光増幅装置を構成するには、既存の光増幅器の一部を改造する必要があり、既存の光増幅器をそのまま流用することができない。
【００１７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、光サージを抑圧できる光増幅装置を、簡単に構成できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の光増幅装置は、入力光信号を増幅する光増幅装置において、上記入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段とを備え、上記利得抑圧光制御手段は、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させることを特徴とする。
【００１９】
前記入力光信号の偏波状態を検出して、前記入力光信号と利得抑圧光の偏波が直交するように入力光信号を調整する光偏波制御手段をさらに設け、前記偏波合成手段は、上記光偏波制御手段により調整された上記入力光信号と前記利得抑圧光とを偏波合成することができる。
【００２０】
本発明の光増幅方法は、入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段とを備える光増幅装置の光増幅方法において、利得抑圧光制御手段が、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させるステップを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の光増幅装置及び方法においては、入力光信号の強度が測定され、上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段が動作され、上記入力光信号と上記利得抑圧光とが偏波合成され、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅器により増幅された偏波合成の結果得られた光信号が、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離され、測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段が動作されて、上記利得抑圧光が発生される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、容易に、光サージを抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に係る光増幅装置の構成例を示すブロック図である。この光増幅装置は、光バースト信号を用いる光ネットワークにおいて利用されるものであって、既存の光増幅器５２の前段に入力制御部５１が、そして後段に光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３が、それぞれ配置されている構成を有している。
【００２４】
入力制御部５１には、入力光信号が入力される。この例の場合、入力光信号は、直線偏波（この例の場合、電界ベクトルが紙面に平行）とする。
【００２５】
入力制御部５１は、入力光信号の強度が規定値よりも小さいとき、入力光信号と、入力光信号と直交する直線偏波（以下、利得抑圧光と称する）とを偏波合成し、光増幅部５２に入力する。
【００２６】
光増幅器５２は、既存の光増幅器であり、励起用光源７１、光合波器（ＷＤＭ）７２、増幅用光ファイバ７３、及び光分波器（ＷＤＭ）７４から構成されている。なお増幅用光ファイバ７３は、エルビウムなどをドープした偏波保持光ファイバである。
【００２７】
光増幅器５２において、入力制御部５１からの光信号と励起用光源７１が出力する励起光とが光合波器（ＷＤＭ）７２で合波され、増幅用光ファイバ７３に入力されて増幅される。光分波器（ＷＤＭ）７４は、増幅用光ファイバ７３の出力を、光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３に入力される光信号と励起光を分波する。
【００２８】
光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３は、光増幅器５２からの入力を、出力光信号と利得抑圧光とに偏波分離する。
【００２９】
次に、入力制御部５１について詳細に説明する。入力制御部５１は、光スプリッタ（Beam Splitter:BS）６１、光検出器（ＰＤ）６２、利得抑圧用光源制御部６３、及び利得抑圧用光源６４、光偏波カプラ（Polarization Beam Splitter :PBS）６５から構成されている。
【００３０】
入力光信号は、光スプリッタ（ＢＳ）６１で、一部のパワーが分岐されて光検出器（ＰＤ）６２に導かれるとともに、一部が透過して光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５に導かれる。
【００３１】
光検出器（ＰＤ）６２は、光スプリッタ（ＢＳ）６１から入力された入力光信号を、電気信号に変換し、利得抑圧用光源制御部６３に出力する。
【００３２】
利得抑圧用光源制御部６３は、光検出器（ＰＤ）６２の出力をモニタし、入力光信号の強度に応じて、利得抑圧用光源６４を制御する。制御処理の詳細については、後述する。
【００３３】
利得抑圧用光源６４は、利得抑圧用光源制御部６３の制御に応じて動作し、利得抑圧光を、光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５に出射したり、その出射を停止したりする。利得抑圧光は、入力光信号と直交する直線偏波（この例の場合、電界ベクトルが紙面に垂直）である。
【００３４】
光偏波カプラ（ＰＢＳ）６５は、光スプリッタ（ＢＳ）６１を介して導かれた入力光信号と、利得抑圧用光源６４から出射された利得抑圧光とを偏波合成し、光増幅器５２に出力する。
【００３５】
利得抑圧用光源制御部６３の制御処理について詳細に説明する。利得抑圧用光源制御部６３は、例えば、光検出器（ＰＤ）６２の出力を平均化して、入力光信号の強度を測定する。利得抑圧用光源制御部６３は、入力光信号の強度が、例えばシステムの最長０符号連続の場合に予測される値より小さい場合、無信号期間であると判定し、利得抑圧用光源６４をオンにする。これにより利得抑圧光の出射が開始される。
【００３６】
また利得抑圧用光源６４がオンになっている場合において、入力光信号の強度が所定の規定値より大きくなったとき、利得抑圧用光源制御部６３は、光バースト信号が入力されたと判定し、利得抑圧用光源６４をオフにする。これにより利得抑圧光の出射が停止される。
【００３７】
このように利得抑圧用光源制御部６３は動作する。
【００３８】
以上のように、入力光信号の強度が規定値より小さいときに、無信号期間であると判定して、入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を、ダミーとして出射し、入力光信号と偏波合波して光増幅器５２に出力するようにしたので、入力光信号の強度が低い期間においても、利得抑圧光の強度に比例した誘導放出が起きるようになり、過剰なポピュレーション差の発生を抑止することができる。即ち、無信号期間の後の光バースト信号の先頭部の利得を抑圧することができ、光サージを抑圧することができる。またこのことから、ＰＯＮやＯＢＳといった断続的な光バースト信号を用いる光ネットワークの広域化が可能となる。
【００３９】
また以上のように、利得抑圧光を入力（又は出力）光信号と直交する直線偏波にしたので、光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３で、簡単、かつ確実に、出力光信号と利得抑圧光とを分離することができる。即ち入力（又は出力）光信号の波長が利得抑圧光の波長と一致した場合でも、分離することが可能である。
【００４０】
また以上のように、既存の光増幅器５２の前段に入力制御部５１を、後段に光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３を配置する構成を有しているので、既存の光増幅器５２を改造することなくそのまま流用し、入力制御部５１と光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）５３を光増幅器５２に外付けするだけで、光サージの抑圧可能な光増幅装置を構成することができる。
【００４１】
なお以上においては、入力光信号は、直線偏波（電界ベクトルが紙面に平行）である場合を例として説明したが、光ネットワークでは、偏波保持光ファイバではない通常の光ファイバが用いられることが多く、入力光信号が直線偏波である保証はなく、入力光信号の偏波状態は光ファイバに加わる応力などにより少しずつ変化する。
【００４２】
図３は、このような入力光信号に対応する光増幅装置の構成例を示す図である。この光増幅装置は、光バースト信号を用いる光ネットワークにおいて利用されるものであって、図２の光増幅装置の入力制御部５１の前段に、偏波制御部１０１がさらに設けられている構成を有している。他の部分は、図２の光増幅装置の部分と同様であるので、その説明は適宜省略する。
【００４３】
偏波制御部１０１は、入力光信号の偏波状態を検出して、入力光信号と入力制御部５１での利得抑圧光の偏波が直交するように入力光信号を調整する。
【００４４】
偏波制御部１０１について詳細に説明する。楕円偏波又は円偏波を直線偏波に変換する１／４波長板（λ／４）１１１、及び直線偏波の偏波方向を回転させる１／２波長板（λ／２）１１２は、波長板制御部１２２の制御に応じて光軸が機械的に回転するようになされている。
【００４５】
入力光信号は、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２を透過した後、光スプリッタ（ＢＳ）１１３で２分岐される。分岐された一方の光信号は、光スプリッタ（ＢＳ）１１４に導かれる。他方の光信号は、入力制御部５１に入力され、その光スプリッタ（ＢＳ）６１に導かれる。
【００４６】
光スプリッタ（ＢＳ）１１３を介して光スプリッタ（ＢＳ）１１４に導かれた入力光信号は、さらに２分岐されて、分岐された一方が光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１５に導かれる。
【００４７】
光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１５は、電界ベクトルが紙面に対し１３５°の成分を透過し、電界ベクトルが紙面に対し４５°の成分を反射して、それぞれの成分の光に分離し、分離された各偏波成分の光は、光検出器（ＰＤ）１１６又は光検出器（ＰＤ）１１７に導かれる。
【００４８】
光検出器（ＰＤ）１１６は、電界ベクトルが紙面に対し１３５°の成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。光検出器（ＰＤ）１１７は、電界ベクトルが紙面に対し４５°の成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。なお以下において、光検出器（ＰＤ）１１６の出力をＩ1と称し、光検出器（ＰＤ）１１７の出力をＩ2と称する。
【００４９】
光スプリッタ（ＢＳ）１１４で分岐された他方の光信号は、１／４波長板（λ／４）１１８に導かれ、直線偏波に変換された後、光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１９に導かれる。
【００５０】
光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）１１９は、電界ベクトルが紙面に平行な成分を反射し、電界ベクトルが紙面に垂直な成分を透過して、それぞれの成分の光に分離し、分離された各偏波成分の光は、光検出器（ＰＤ）１２０又は光検出器（ＰＤ）１２１に導かれる。
【００５１】
光検出器（ＰＤ）１２０は、電界ベクトルが紙面に平行な成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。光検出器（ＰＤ）１２１は、電界ベクトルが紙面に垂直な成分を電気信号に変換し、波長板制御部１２２に出力する。なお以下において、光検出器（ＰＤ）１２０の出力をＩ3と称し、光検出器（ＰＤ）１２１の出力をＩ4と称する。
【００５２】
波長板制御部１２２は、式（１）を演算し、その演算結果に応じて、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を調整する。
α＝（Ｉ1−Ｉ2）／（Ｉ1＋Ｉ2）
β＝（Ｉ3−Ｉ4）／（Ｉ3＋Ｉ4）
・・・・・（１）
【００５３】
１／４波長板（λ／４）１１１を透過した後の光が直線偏波になっていれば、再度１／４波長板（λ／４）１１８を透過した後の光は円偏波になり、Ｉ3とＩ4は等しくなる。従って波長板制御部１２２は、βが０になるように、１／４波長板（λ／４）１１１の光軸を機械的に回転させ、１／４波長板（λ／４）１１１を透過した後の入力光信号が直線偏波となるようにする。
【００５４】
また１／２波長板（λ／２）１１２を透過した後の光の偏波方向が紙面に対して水平になっていれば、Ｉ1とＩ2は等しくなる。従って波長板制御部１２２は、αが０になるように、１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を機械的に回転させ、１／２波長板（λ／２）１１２を透過した後の入力光信号の偏波方向が紙面に対して水平になるようにする。
【００５５】
偏波制御部１０１はこのように構成されている。
【００５６】
以上のように、波長板制御部１２２が、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を機械的に回転させ、１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２を透過した入力光信号が、直線偏波で、電界ベクトルが紙面に平行な光信号となるようにしたので、利得抑圧光の偏波と直交する入力光信号を入力制御部５１に入力することができる。即ち入力光信号が直線偏波である保証はなく、偏波状態が光ファイバに加わる応力などにより少しずつ変化する場合においても、光サージを抑圧することができる。
【００５７】
なお以上においては、偏波制御部１０１としてバルクの１／４波長板（λ／４）１１１及び１／２波長板（λ／２）１１２の光軸を機械的に回転させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば光ファイバに応力を付与したり、電気光学効果を用いることによっても同様の機能を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光増幅装置は、光ネットワークにおいて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来の、光バースト対応光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した他の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
５１ 入力制御部， ５２ 光増幅器， ５３ 光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）， ６１ 光スプリッタ（ＢＳ）， ６２ 光検出器（ＰＤ）， ６３ 利得抑圧用光源制御部， ６４ 利得抑圧用光源， ６５ 光偏波カプラ（ＰＢＳ）， ７１ 励起用光源， ７２ 光合波器（ＷＤＭ）， ７３ 増幅用光ファイバ， ７４ 光分波器（ＷＤＭ）， １０１ 偏波制御部， １１１ １／４波長板（λ／４）， １１２ １／２波長板（λ／２）， １１３ 光スプリッタ（ＢＳ）， １１４ 光スプリッタ（ＢＳ）， １１５ 光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）， １１６ 光検出器（ＰＤ）， １１７ 光検出器（ＰＤ）， １１８ １／４波長板（λ／４）， １１９ 光偏波スプリッタ（ＰＢＳ）， １２０ 光検出器（ＰＤ）， １２１ 光検出器（ＰＤ）， １２２ 波長板制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号を増幅する光増幅装置において、
上記入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、
上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、
上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、
上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、
上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、
上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段と
を備え、
上記利得抑圧光制御手段は、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させる
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記入力光信号の偏波状態を検出して、前記入力光信号と前記利得抑圧光の偏波が直交するように前記入力光信号を調整する光偏波制御手段をさらに備え、
前記偏波合成手段は、上記光偏波制御手段により調整された上記入力光信号と前記利得抑圧光とを偏波合成する
ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項３】
入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、
上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、
上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、
上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、
上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、
上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段と
を備える光増幅装置の光増幅方法において、
上記利得抑圧光制御手段が、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させるステップ
を含むことを特徴とする光増幅方法。
【請求項１】
入力光信号を増幅する光増幅装置において、
上記入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、
上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、
上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、
上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、
上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、
上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段と
を備え、
上記利得抑圧光制御手段は、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させる
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記入力光信号の偏波状態を検出して、前記入力光信号と前記利得抑圧光の偏波が直交するように前記入力光信号を調整する光偏波制御手段をさらに備え、
前記偏波合成手段は、上記光偏波制御手段により調整された上記入力光信号と前記利得抑圧光とを偏波合成する
ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項３】
入力光信号の強度を測定する強度測定手段と、
上記入力光信号と偏波が直交する利得抑圧光を発生させる利得抑圧光発生手段と、
上記利得抑圧光発生手段を動作させる利得抑圧光制御手段と、
上記入力光信号と上記利得抑圧光とを偏波合成する偏波合成手段と、
上記偏波合成手段による偏波合成の結果得られた光信号を、偏波保持光ファイバを媒体として増幅する光増幅手段と、
上記光増幅手段により増幅された光信号を、出力光信号と上記利得抑圧光に偏波分離する偏波分離手段と
を備える光増幅装置の光増幅方法において、
上記利得抑圧光制御手段が、上記強度測定手段により測定された上記入力光信号の強度が所定の規定値よりも小さいときに、上記利得抑圧光発生手段を動作させて、上記利得抑圧光を発生させるステップ
を含むことを特徴とする光増幅方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０４０６（Ｐ２０１０−１０４０６Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６８１１３（Ｐ２００８−１６８１１３）
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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