JPH0240632A

JPH0240632A - ファイバブリュアン光増幅中継装置

Info

Publication number: JPH0240632A
Application number: JP63191495A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Aoki; 青木　泰弘; Tetsuyuki Suzaki; 哲行洲崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光ファイバの誘導ブリユアン散乱を用いて、
信号光を光ファイバ伝搬中に光増幅して伝送するファイ
バブリユアン光増幅中継装置に関する。

（従来の技術）近年、光通信システムの長距離化や高機能化を目的とし
て、信号光を光の状態で増幅する光増幅に関する研究開
発が活発に行なわれている。その光増幅の有力な一手段
として、光ファイバの誘導ブリユアン散乱を用いる方式
がある（アイ・イー・イー・イー・ジャーナルオブライ
トウエイブテクノロジー（ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第
ＬＴ−５巻、１９８７年、第１４７−１５３ページ）。

この誘導ブリユアン散乱を用いる方式では、光ファイバ
のブリユアン利得係数が大きいことがら光ファイバへの
励起入力パワーが１０ｍＷ程度で２０ｄＢ以上の増幅利
得が実現できる。

この誘導ブリユアン散乱を用いて信号光を増幅するには
、信号光とともにその周波数よりもブリユアンシフト量
（〜１０ＧＨｚ）だけ周波数の大きな励起光を、信号光
とは逆方向に伝搬する様に光ファイバに入射させる。こ
のときに得られる増幅度Ｇは、次式で表される。

α ただし、ｇＢは光ファイバの誘導ブリユアン利得係数（
４，６Ｘ１０−”ｍ／Ｗ）、Ｐは光ファイバへの励起入
力パワー、Ａｅはコア実効断面積、Δ■８は光ファイバ
のブリユアン利得帯域幅、ΔＶ、は励起光のスペクトル
幅、αは光ファイバの伝送損失、１はファイバ長である
。。ここで、Ｌｅは増幅に寄与する正味のファイバ長を
与え、実効長と呼ばれている。また、記号■は、ΔＶ、
とΔｖＢのコンポルージョンを表しており、ブリユアン
光増幅の実効的利得帯域幅ΔＶ■ΔＶの値は、およそΔ
Ｖ、とΔ■８の和で近似でＢきる。

（発明が解決しようとする課題）この様なファイバブリユアン光増幅では、前述のように
低い励起人力で大きな増幅利得が得られるという特長が
ある。しかしながら、実効利得帯域幅ΔＶ、■ΔｖＢは
通常ＩＧＨｚ以下で狭い。このために、ファイバブリユ
アン光増幅を長時間に渡って安定に行なうためには、励
起光と信号光との相対的な周波数変動量を実効利得帯域
幅よりも十分に小さくする、即ち１００ＭＨｚ程度以下
にする必要がある。しかしながら、半導体レーザではそ
の発振周波数が１０ＧＨｚ／’Ｃ程度の温度依存性を有
するためわずかな雰囲気温度の変動によって変化してし
まう。この結果、従来のファイバブリユアン光増幅では
増幅度が容易に変動し、増幅度の安定化が重要な技術課
題となっていた。特に、このファイバブリユアン増幅を
多数回繰り返して光増幅中継を行なう場合には増幅度の
変動が蓄積される。このために、ファイバブリユアン光
増幅中継装置では、増幅度の安定化が強く望まれていた
。

この増幅度を安定化させる方式としては、第１に、信号
光と励起光を干渉させて両者の差周波数を検出し、その
差周波数がブリユアンシフト量と等しくなる様に信号光
源あるいは励起光源の発振周波数をフィードバック制御
する方式が考えられる。しかしながら、ブリユアンシフ
ト量は、波長１．３−１．５１１ｍにおいては１０ＧＨ
ｚ程度であるために、差周波数も１０ＧＨｚ程度となる
。

この結果、この方式では、超高速な光検出器および電気
回路が必要であるとともに高度な技術が要求され、高価
になるという欠点があった。

その他の方法としては、励起光源および信号光源の雰囲
気温度を制御する方法が考えられる。しかしながら、こ
の場合には１０−４°Ｃ程度以下の超精密な温度制御を
必要とするが、このような超精密な温度制御は現状の技
術では十分に行なうことができない。また、この方式で
は根本的に信頼性に乏しいという欠点があった。

本発明の目的は、以上述べたような欠点を除去し、ブリ
ユアン光増幅度を能動的に安定化させた、信頼性が高い
ファイバブリユアン光増幅中継装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段）本発明のファイバブリユアン光増幅中継装置は、信号光
を伝送させる第１の光ファイバと、励起光源と、この励
起光源からの励起光を前記信号光と逆方向に伝搬するよ
うに第１の光ファイバに入射させる手段と、前記第１の
光ファイバ中における誘導ブリユアン散乱によって光増
幅された信号光を伝送させる第２の光ファイバと、前記
光増幅された信号光の一部を取り出すモニター手段と、
このモニター手段からの出力が最大になるように前記励
起光源の発振周波数をフィードバック制御する手段とを
備えたことを構成上の特徴とする。

（作用）本発明では、第１の光ファイバにおいてブリユアン光増
幅された信号光を第２の光ファイバに送出する際に、そ
の出力の一部をモニターし、このモニター出力が最大に
なるように励起光源の発振周波数をフィードバック制御
している。この結果、本発明では、増幅度の変動を能動
的に抑制し、長時間に渡って安定に動作させることがで
きる。

ここで、フィードバック制御系は、励起光源の雰囲気温
度の変化による増幅信号光の平均的な出力変動に追従で
きれば良いので、その応答は低速でよい。また、増幅信
号光のモニター出力の光パワーは小さくてよいので、モ
ニター出力を取り出すことによる増幅信号光の減衰は極
めて小さくできる。

（実施例）次に図面を参照して、本発明によるファイバブリユアン
光増幅中継装置について詳細に説明する。

第１図は、本発明による一実施例の構成図である。この
図において、信号光源１および励起光源９は、いずれも
発振波長が１．５５ｐｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分
布帰還型半導体レーザ、外部変調器２１はＬｉＮｂＯ３
光強度変調器、光ファイバ３．４は、それぞれ実効コア
径が１０ｐｍ、ファイバ長が１１００ｋ、波長１．５５
ｐｍ帯での伝送損失が０．２２ｄＢ／ｋｍの単一モード
光ファイバ、光ファイバカップラ５１．５２は２本の単
一モード光ファイバを溶融接続して製作した単一モード
光ファイバカップラ、光検出器６は受光径が５ｍｍのゲ
ルマニウム・フォトダイオード（Ｇｅ−ＰＤ）である。

ここで、光ファイバカップラ５１の分岐比は１対１であ
る。また、光ファイバカップラ５２の分岐比は２０対１
であり、信号光のうち約５％が光検出器６に入射されて
いる。さらに、それぞれ単一モード光ファイバ３、光フ
ァイバカップラ５１、光ファイバカップラ５２、単一モ
ード光ファイバ４は、接続損失０．１ｄＢ以下で第１図
のように融着接続されている。

この実施例において、ＬｉＮｂｏ３光強度変調器２１の
電気信号入力端子２２には１００Ｍｂ／ｓの２値符号電
気パルスが印加されており、信号光源１から出射された
信号光はこの光強度変調器によって１００Ｍｂ／ｓで強
度変調されている。そして、この１００Ｍｂ／ｓ変調信
号光は単一モード光ファイバ３に送出されている。

一方、励起光源から出射された励起光は、光ファイバカ
ップラ５１によって、信号光と逆方向に伝搬するように
単一モード光ファイバ３に結合されている。ここで、こ
の実施例での単一モード光ファイバ３への励起入力光パ
ワーは５ｍＷである。そして、この励起光による誘導ブ
リユアン散乱によって単一モード光ファイバ３中で光増
幅された１００Ｍｂ／ｓ変調信号光は、その約５％が光
ファイバカップラ５２によってモニター用として取り出
された後に光ファイバ４に送出されている。

本実施例で用いた単一モード光ファイバ３のブリユアン
利得帯域幅Δ■３は約５０ＭＨｚであり、１００Ｍｂ／
ｓ変調信号光を波形歪みなく光増幅するには利得帯域幅
が不十分であった。このため、この実施例では、励起光
源９を正弦波発振器からの４０ＭＨｚの正弦波により直
接周波数変調し、実効的な利得帯域幅ΔｖＰ■ΔｖＢを
約３００ＭＨｚに拡大している。ここで、前述のように
本実施例での励起入力は５ｍＷである。この場合、（１
）式から見積もられるように、増幅利得として約２１ｄ
Ｂの値が得られた。

さて、この実施例では、光検出器６の出力に応じて励起
光源９の印加電流を増減させることにより励起光源９の
発振周波数をフィードバック制限している。即ち、本実
施例では、光検出器６からの出力を電気アンプ７によっ
て増幅した後に制御回路８に入力している。そして、制
御回路８では一１次の様な制御手順により、光検出器６
の出力が最大になるように励起光源９への印加電流を制
御している。

■印加電流をΔ■だけ増加させ、その結果、光検出器６
からの出力、すなわち、制御回路８への入力が増加した
場合には、さらに印加電流をΔ■だけ増加させる。

■印加電流をΔ■だけ増加させ、その結果、制御回路８
への入力が減少した場合には、次の制御ステップにおい
て印加電流を２ΔＩだけ減少させる。

この制御方法によると、励起光源９の発振周波数は、±
Δ■に相当する周波数だけ変化する。しがしながら、Δ
工を十分小さくすることにより、この影響によるブリユ
アン増幅度の変化は無視できる程小さくできる。

即ち、この実施例で励起光源として用いるＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザの発振周波数は、印
加電流に対して１．０ＧＨｚ／ｍＡの割合で変化する。

一方、前述のように、この実施例での実効利得帯域幅は
３００ＭＨｚである。したがって、本実施例ではΔＩ＝
１０−３ｍＡとし、これによる周波数変化量Δｆ＝ＩＭ
Ｈｚが実効利得帯域幅３００ＭＨｚよりも十分に小さく
なるように設定している。この結果、この構成により、
長時間に渡って増幅度の変動量を１０−２以下に制御で
き、安定な光伝送を実現することができた。

さらに、この実施例でのブリユアン増幅度の温度変化に
対する安定性を確認するために、励起光源９の雰囲気温
度を±１６Ｃ程度変化させる実験を行なった。その結果
、このフィードバック制御系においては常に安定にブリ
ユアン光増幅を行なうことができた。一方、フィードバ
ック制御系を用いない場合には、雰囲気温度がわずかに
０．００１°Ｃ変化すると増幅度が大きく変動して、安
定な光伝送を行なうことができなかった。なお、この実
施例で用いた光検出器６等のフィードバック制御系の時
間応答は、雰囲気温度の変動に追従できれば良いので、
せいぜい１０μｓで十分であった。この結果、上述のフ
ィードバック制御系を安価に実現できた。

上記においては、本発明によるファイバブリユアン光増
幅中継装置について一実施例を用いて説明したが、本発
明はこの実施例に限られることなくいくつかの変形が考
えられる。

例えば、本実施例では励起光源、信号光源としてＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザを用いたが、他の材料の
半導体レーザ、あるいは他種のレーザを用いてもよい。

また、光ファイバは分散シフトファイバをはじめとして
、ＧｅＯ□、Ｐ２Ｏ５などのその他の組成の光ファイバ
を使用しても良い。さらに、光検出器６や光ファイバカ
ップラ５１．５２などは、その所要性能を有する限りい
かなる構造、種類であってもよいことは言うまでもない
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のファイバブリユアン光増
幅中継装置では、ブリユアン光増幅された信号光の一部
をモニターし、このモニター出力が最大になるように励
起光源の発振周波数をフィードバック制御している。こ
の結果、本発明では、ブリユアン増幅度の変動が能動的
に抑制された、信頼性の高いブリユアン光増幅中継装置
が得られるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例の構成図である。

Claims

【特許請求の範囲】

信号光を伝送させる第１の光ファイバと、励起光源と、
この励起光源からの励起光を前記信号光と逆方向に伝搬
するように第１の光ファイバに入射させる手段と、前記
第１の光ファイバ中における誘導ブリュアン散乱によっ
て光増幅された信号光を伝送させる第２の光ファイバと
、前記光増幅された信号光の一部を取り出すモニター手
段と、このモニター手段からの出力が最大になるように
前記励起光源の発振周波数をフィードバック制御する制
御手段とを備えたことを特徴とするファイバブリュアン
光増幅中継装置。