[发明专利]光放大器和光监测回路

说明书

本申请是原案申请号为No.200510000568.4的发明专利申请(申请日为2005年1月07日，发明名称：光放大器和光监测回路)的分案申请。

技术领域

本发明涉及主要用于光通信的光放大器和光监测回路，具体地，涉及如下一种光放大器和光监测回路，其具有检测放大信号光时产生的噪声光等的功率的监测功能。

背景技术

光放大器是实现长距离和大容量光通信系统的关键部件之一。光放大器被分类为：利用粒子数反转介质的受激发射的激光放大器；和根据诸如拉曼散射、布里渊散射等的非线性光效应的放大器。激光放大器进一步包括掺稀土元素的光纤放大器和使用半导体放大介质的半导体激光放大器。前者作为利用光泵浦的光放大器工作，后者作为利用注入电流泵浦的光放大器工作。在这些光放大器中，掺稀土元素的光纤放大器在性能方面具有很大的优势，如自由比特率(bit rate free)、高增益、低噪声、宽波段、低耦合损耗、低偏振依赖性、高效率等。在掺稀土元素的光纤放大器中，掺铒(Er)光纤放大器(下文中称为EDFA)是常见的，并且目前正在光纤通信系统中实际使用。需要这种光放大器实现更高的性能，同时保持简单的光回路结构，以使这种光纤放大器所应用的光通信系统提高性能、性价比等。因此，对实现更高性能的光放大器的需求增加了。

在中继传输波分复用(WDM)光(包含不同波长的多个光信号)的WDM光通信系统中，希望信号光功率的波长特性是平直的，以满足预定的传输特性。然而，问题在于，接收侧的信号光功率的波长平坦性因以下各种因素而劣化：如光传输路径的条件；在使用掺稀土元素的光纤放大器、拉曼放大器等的光放大中继站(optical amplification repeating station)中的增益波长特性(例如倾斜、波动等)的积累。因此，作为与光放大器的操作控制相关的一个课题，考虑建立用于控制光放大器中继站的输出波长特性的技术(第一课题)。

另外，在光放大器中，伴随光放大还产生了作为噪声成分的放大自发辐射(ASE)光。虽然与信号光相比，ASE光的光功率电平低得多，但是ASE光会在很宽的波段上产生。因而，在使用常见的输出监测技术(其中对来自光放大器的输出光进行分路以由光接收器接收)执行诸如自动电平控制或自动增益控制的光放大器控制的情况下，由于在输出光中既包含信号光又包含作为噪声成分的ASE光的光功率，所以ASE光的影响会在输出的监测结果中得到反映，从而劣化了光放大器的控制精度。此外，设置在下游的光放大器的输入停机功能(检测到没有输入信号光功率的输入，从而关闭光放大器的泵浦光功率的功能)也被恶化。由于ASE光的生成量显著变化，特别是在信号波长的数目动态改变的系统等中，所以由ASE光引起的这种问题变得较为严重。因而，作为与光放大器的操作控制相关的另一课题，考虑建立用于正确地监测由光放大器生成的ASE功率以及用于校正光放大器的控制目标值及其无输入检测阈值的技术(第二课题)。

此外，在光放大器中，问题在于，在高粒子数反转状态下，能量集中在具有较大增益系数的波长范围内，这导致了振荡动作，并因而增加了噪声成分而劣化了传输特性。这种光放大器的振荡现象包括与光放大介质的增益和光放大介质的输入侧和输出侧的反射衰减量之间的关系相对应的阈值，因此，由于一些因素(如光放大器的增益条件、光学部件中的反射衰减量的劣化)而出现如上所述的问题。具体地，例如在输入到光放大器的信号的数量变少的情况下，或在与光放大介质相连的光路上的光隔离器中的隔离量劣化的情况下，振荡动作(噪声成分的增加)变得显著。因而，作为与光放大器的操作控制相关的又一课题，考虑建立一种控制技术，其中在前面已知的大增益系数的波长范围中输出光水平不超过振荡阈值(第三课题)。

为实现WDM光通信性能和可靠性的改善，同时解决上述与光放大器的操作控制相关的第一到第三课题是重要的。具体地，对于第一论题，需要能够高精度地监测WDM信号光功率的波长特性，并对于第二和第三论题，能够高精度地监测噪声光(如ASE光等)的功率。

如图12所示，例如作为常规光放大器中的光功率监测器的结构，有一种已知结构，其中，将光分路器101插入在传播WDM光的主信号系统光路中，并且将光谱分析仪(OSA)102设置在光分路器101的分路端口中，从而光谱分析仪102监测的光谱的测量结果被传送到可变增益均衡器(VGEQ)103等中，从而进行控制。另外，还有一种结构，在该结构中，取代了光谱分析仪102，在光分路器101的分路端口上设置波长分离器件(例如光栅、滤光器等)和光接收器，从而，光接收器接收到被波长分离器件解复用的光，以监测其功率(日本特开2001-168841号公报)。