DE60218012T2

DE60218012T2 - Optischer Verstärker

Info

Publication number: DE60218012T2
Application number: DE60218012T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kawasaki Tomofuji; Takuji Kawasaki Maeda; Norifumi Kita-ku Sapporo-shi Shukunami; Tatsuya Kita-ku Sapporo-shi Tsuzuki; Yuichi Kita-ku Sapporo-shi Suzuki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: EP1318620B1; JP4481540B2; US6903324B2; EP1318620A3; EP1318620A2; US20030106990A1; DE60218012D1; JP2003174421A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker und ein optisches Kommunikationssystem, und insbesondere einen optischen Verstärker, der wellenlängengemultiplextes Licht, sowie ein Wellenlängengemultiplextes-Licht-Kommunikationssystem.
Beschreibung des Stands der Technik
Mit der Popularität des Internets, einem Bilddatenübertragungsservice, etc., hat die Menge an Information, die über ein Netzwerk übertragen wird, schnell zugenommen, und ein WDM-(Wellenlängenmultiplex, englisch: Wavelength Division Multiplex)-Optisches-Kommunikationssystem ist eingeführt worden, um mit diesem Phänomen klarzukommen. Das WDM-Optische-Kommunikationssystem ist eingeführt worden nicht nur in einem Fernleitungssystem, aber auch in einem Metro-Ring-Netzwerk.
In dem Fernleitungssystem werden optische Verstärker normalerweise angeordnet an vorbestimmten Intervallen, und jeder der optischen Verstärker verstärkt wellenlängengemultiplextes Licht in einem ALC-(automatische Pegelsteuerung)-Modus oder AGC-(automatische Verstärkungssteuerung)-Modus gemäß den Bedingungen. Hier ist der ALC-Modus ein Betriebsmodus, in dem die Ausgabe eines optischen Verstärkers so gehalten wird, dass sie einem vorbestimmten Pegel entspricht, wobei der AGC-Modus ein Betriebsmodus ist, in dem die Verstärkung eines optischen Verstärkers so gehalten wird, dass sie einem vorbestimmten Wert entspricht.
Jeder der optischen Verstärker arbeitet normalerweise in dem ALC-Modus, um sein optisches Pegeldiagramm zu stabilisieren. Wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellengemultiplextem Lichts sich erhöht oder verringert, wird der Betriebsmodus von jedem der optischen Verstärker umgeschaltet von dem ALC-Modus zu dem AGC-Modus gemäß einem Steuersignal von einer Endstation. Hier wird die Zeitkonstante (Antwortzeit) der ALC auf mehrere zehn bis mehrere hundert Millisekunden eingestellt, um eine Implementierung einer ALC-Schaltung zu vereinfachen, und den Einfluss von PDL (polarisationsabhängiger Verlust) zu unterdrücken. Indessen wird die Zeitkonstante (Antwortzeit) der AGC eingestellt auf mehrere zehn Millisekunden. "Die Zeitkonstante (Antwortzeit) der ALC" bedeutet beispielsweise eine Zeitperiode von dem Punkt, wenn der Eingangs/Ausgangs-Pegel eines optischen Verstärkers sich ändert, bis dann, wenn die Leistung des Pumplichts oder ein Verlust in einem variablen Dämpfer bzw. Abschwächer passend angepasst ist, um den Ausgangspegel dazu zu bringen, zurückzugehen auf einen zu haltenden vorbestimmten Pegel, obwohl diese Bedeutung nicht eindeutig definiert ist. Indessen bedeutet "die Zeitkonstante (Antwortzeit) der AGC" beispielsweise eine Zeitperiode von dem Punkt, wenn der Eingangs/Ausgangs-Pegel eines optischen Verstärkers sich ändert, bis dann, wenn die Leistung des Pumplichts passend angepasst ist, um die Verstärkung des optischen Verstärkers dazu zu bringen, zurückzugehen auf einen zu haltenden vorbestimmten Wert, obwohl diese Bedeutung nicht eindeutig definiert ist. Ein optischer Verstärker mit dem ALC-Modus und dem AGC-Modus wird detailliert beschrieben durch beispielsweise die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-151515.
In einem Metro-Ring-Netzwerk sind eine Vielzahl optischer Knoten in der Form eines Rings verbunden, und der oben beschriebene optische Verstärker ist angeordnet innerhalb jeder der Vielzahl der optischen Knoten. Hier in dem Metro-Ring-Netzwerk ist die Frequenz einer Änderung in der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts hoch, verglichen mit einem Fernleitungssystem, aufgrund der folgenden Gründe.

(1) Ein Pfad wird eingerichtet/freigegeben zwischen willkürlichen optischen Knoten, abhängig vom Bedarf.
(2) Für IP über WDM, passend für ein IP-Netzwerk, ist es wünschenswert, dass eine Schutzfunktion bereitgestellt wird durch ein WDM-System. Hier ist, unter Betrachtung der Nachfrage nach Unabhängigkeit von einer Bit-Rate, ein Verfahren, das eine Wellenlänge in einer optischen Ebene bzw. Schicht umschaltet, vielversprechend als die Schutzfunktion. Mit diesem Verfahren erhöht/verringert sich jedoch die Anzahl der Wellenlängen in einer transienten bzw. nicht-stabilen Art und Weise.
(3) In der Zukunft wird ein zeitbasierter Wellenlängenmietservice erwartet. In diesem Fall wird ein Pfad häufig eingerichtet/freigegeben zwischen willkürlichen optischen Knoten.

Wie oben beschrieben ändert sich die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts oft in einem Metro-Ring-Netzwerk. Ein optischer Verstärker innerhalb jedem optischen Knoten verstärkt wellenlängengemultiplextes Licht, während sein Betriebsmodus jedes Mal, wenn sich die Anzahl der Wellenlängen ändert, passend umgeschalten wird.
Um die Kosten optischen Kommunikationssystems zu verringern, müssen die Kosten der Komponenten, die einen optischen Knoten oder einen optischen Verstärker konfigurieren, heruntergefahren werden. Als eine Ausführungsform ist eine Konfiguration, die eine Avalanche-Photodiode (APD), die relativ billig ist, anstatt eines Verwendens der Kombination des optischen Vorverstärkers und einer PIN-Photodiode, bis jetzt bekannt.
Jedoch ist bei einer 10-Gbps-Übertragungsgeschwindigkeit der dynamische Bereich des optischen Empfängers, der die APD verwendet, normalerweise eng, und der Ausgangspegel eines optischen Verstärkers muss den Ausgangsleistungspegel von jedem Kanal innerhalb des engsten möglichen Bereichs steuern, unter Betrachtung der Neigung des wellenlängengemultiplexten Lichts (Wellenlängenabhängigkeit eines optischen Pegels), einer Variation in der Verlusteigenschaft einer optischen Komponente, dem Einfluss aufgrund einer Änderung in einer externen Umgebung, etc. Beispielsweise ist bei der 10-Gbps-Übertragungsgeschwindigkeit der dynamische Bereich eines optischen Empfängers, der APD verwendet, ungefähr ± 10 dB in dem System, das den optischen Verstärker verwendet. Hier ist eine Variation in einem Verlust in einem Demultiplexer, der angeordnet ist in einem optischen Knoten, ungefähr ± 2 dB, und auch die Neigung des wellenlängengemultiplexten Lichts ist in der Größenordnung von ± 2 dB. Unter der Annahme, dass der Bereich, wo eine Umgebungstemperatur sich ändert, 60 Grad ist, und die Länge einer Übertragungsleitung zwischen zwei Knoten 100 km ist, tritt eine Variation von bis zu 1,8 dB oder so ähnlich auf in einem optischen Pegel. Demgemäss geht, wenn die Variation des Ausgangspegels eines optischen Verstärkers groß ist, der Eingangsleistungspegel des optischen Empfängers aus seinem dynamischen Bereich heraus. Als Resultat führt dies zu einem Auftreten eines Empfangsfehlers.
Jedoch ist, mit einem existierenden optischen Verstärker, eine Variation in seinem Ausgangspegel schwer zu unterdrücken, aufgrund der folgenden Gründe.

(1) Ein optischer Verstärker arbeitet normalerweise in dem ALC-Modus, und in dem AGC-Modus, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert, wie oben beschrieben. Zu dieser Zeit wird Wellenlängenanzahlinformation mitgeteilt, beispielsweise durch ein Steuersignal, das über jeden optischen Knoten übertragen wird. Jedoch wird dieses Steuersignal normalerweise interpretiert, nachdem des umgewandelt wurde in ein elektrisches Signal bei jedem Knoten, wieder umgewandelt in ein optisches Signal und transferiert an den nächsten Knoten, während 3R-(Neuerzeugen, Neuformen und Neu-Timen)-Betriebe ausgeführt werden. Demgemäss braucht es manchmal mehrere hundert Millisekunden bis mehrere Sekunden von dem Punkt, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert, bis dann, wenn die Wellenlängenanzahlinformation jeden optischen Knoten erreicht. In der Zwischenzeit wird in dem ALC-Modus der Ausgangspegel eines optischen Verstärkers gesteuert, um einen vorbestimmten Pegel anzunehmen, der der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts entspricht. Zu dieser Zeit wird die Anzahl der Wellenlängen mitgeteilt mit der oben beschriebenen Wellenlängenanzahlinformation. Demgemäss arbeitet der optische Verstärker, um den Ausgangspegel aufrechtzuerhalten, der der Anzahl der Wellenlängen vor der Änderung für die Zeitperiode entspricht, von dem Punkt, wenn die Anzahl der Wellenlängen sich ändert, bis dann, wenn die Wellenlängenanzahlinformation mitgeteilt wird (mehrere hundert Millisekunden bis mehrere Sekunden in dem oben beschriebenen Beispiel). Als Ergebnis variiert der Ausgangspegel von jeder Wellenlänge. Beispielsweise verstärkt, falls die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich von drei auf fünf erhöht, einen optischen Verstärker, der in dem ALC-Modus arbeitet, wellenlängengemultiplextes Licht, unter der Annahme, dass drei Wellenlängen gemultiplext werden für eine Zeitperiode, bis zum Empfangen der Wellenlängenanzahlinformation. Deshalb fällt der Ausgangspegel von jeder der Wellenlängen signifikant ab.
(2) In dem AGC-Modus wird die Leistung des Pumplichts angepasst gemäß einer Änderung in einem Eingangspegel, so dass eine Ausgangsleistung sich ändert, um eine vorbestimmte Verstärkung aufrechtzuerhalten. Jedoch wird, als Zeitkonstante des AGC-Modus, ein Wert länger als die Antwortzeit eines optisches Verstärkers normalerweise verwendet. Hier bedeutet "die Antwortzeit eines optischen Verstärkers", beispielsweise eine Zeitperiode, von dem Punkt, wenn die Leistung des Pumplichts, zugeführt an ein Verstärkungsmedium des optisches Verstärkers, sich ändert, bis dann, wenn ein angeregter Zustand entsprechend der Leistung des Pumplichts erhalten wird in dem Verstärkungsmedium, obwohl diese Bedeutung nicht einzigartig bzw. eindeutig definiert ist. Demgemäss kann, falls der optische Verstärker in dem AGC-Modus arbeitet, die Leistung des Pumplichts nicht einer Änderung in dem Eingangspegel folgen. Als Ergebnis tritt ein Zustand auf eine transiente Art und Weise auf, wo eine passende Verstärkung nicht erhalten werden kann. Beispielsweise verstärkt, falls die Gesamteingangsleistung plötzlich abfällt, aufgrund einer Verringerung in der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts, der optische Verstärker, der in dem AGC-Modus arbeitet, wellenlängengemultiplextes Licht unter der Annahme, dass der Zustand weitergeht, bevor die Gesamteingangsleistung abfällt, für eine Zeitperiode, die benötigt wird zum passenden Anpassen der Leistung des Pumplichts. Deshalb steigt in diesem Fall der Ausgangspegel von jeder Wellenlänge temporär an.
(3) In dem AGC-Modus wird die Leistung des Pumplichts gesteuert, um das Verhältnis eines Eingangspegels zu einem Ausgangspegel konstant zu machen. Jedoch weicht eine Signalverstärkung von einem Zielwert ab, aufgrund von ASE-(verstärkte spontane Emission)-Licht, das erzeugt wird in einem optischen Verstärkungsmedium (wie zum Beispiel eine erbiumdotierte Faser).
(4) In dem AGC-Modus wird die Leistung des Pumplichts gesteuert, um das Verhältnis eines Eingangspegels zu einem Ausgangspegel konstant zu machen. Deshalb wird, falls Eingangslicht unterbrochen wird in einem Schutzbetrieb, etc., eines Kommunikationssystems, etc., ein Verstärkungssteuersystem unstabil. Demgemäss kann möglicherweise ein Stoss (hier ein Phänomen, dass der Ausgangspegel eines optischen Verstärkers temporär viel höher wird, als der reguläre Ausgangspegel), möglicherweise auftreten, wenn der optische Verstärker einen Übergang von dem Zustand macht, wo das Eingangslicht unterbrochen wird zu dem Zustand, wo das Signallicht eingegeben wird.

Wie oben beschrieben, variiert der Ausgangspegel eines existierenden optischen Verstärkers manchmal, falls sich sein Eingangspegel ändert (einschließlich dem Fall, wo die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen stabilen Ausgangspegel in einem optischen Verstärker, der ein wellenlängengemultiplextes Licht verstärkt, zu erhalten.
Ein optischer Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein willkürlicher optischer Verstärker unter einer Vielzahl von optischen Verstärkern ist, die verwendet werden in einem optischen Kommunikationssystem, das wellenlängengemultiplextes Licht überträgt, umfasst ein optisches Verstärkungsmedium und einen optischen Dämpfer bzw. Abschwächer. Der optische Verstärker umfasst ferner eine Verstärkungssteuerschaltung, die eine Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums so hält, dass sie auf einem konstanten Wert ist, und eine Pegelsteuerschaltung, die einen Verlust in dem Dämpfer so steuert bzw. regelt, dass ein Ausgangspegel des optischen Verstärkers so gehalten wird, dass er ein Wert entsprechend einem Steuersignal entspricht, das jedem der Vielzahl der optischen Verstärker innerhalb des optischen Kommunikationssystems mitgeteilt wird. Ferner ist eine Zeitkonstante der Pegelsteuerschaltung länger als eine Zeitperiode, die benötigt wird zum Mitteilen des Steuersignals an jeden der Vielzahl der optischen Verstärker innerhalb des optischen Kommunikationssystems.
Falls die Anzahl der Wellenlängen des eingangswellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert, variiert der Ausgangspegel des wellenlängengemultiplexten Lichts. Es sei bemerkt, dass jedoch der Ausgangspegel von jeder Wellenlänge zu diesem Zeitpunkt nicht variiert. Die Pegelsteuerschaltung passt einen Verlust in dem optischen Dämpfer so an, dass der Ausgangspegel zurückkehrt zu dem ursprünglichen Zustand mit einer Geschwindigkeit, die einer gesetzten Zeitkonstante entspricht. Danach werden, wenn eine neue Anzahl von Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts mitgeteilt wird durch das Steuersignal, die Operationen des optischen Verstärkers gemäß dem Steuersignal gesteuert bzw. geregelt. Hier ist die Zeitkonstante der Pegelsteuerschaltung viel länger, als die Zeitperiode, die benötigt wird zum Mitteilen des Steuersignals an den optischen Verstärker. Deshalb variiert der Ausgangspegel des wellenlängengemultiplexten Lichts nicht signifikant aufgrund der Pegelsteuerschaltung für eine Zeitperiode von dem Zeitpunkt, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert, bis dann, wenn der optische Verstärker das Steuersignal empfängt. Demgemäss ist eine Variation in der Ausgangsleistung von jeder der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts klein.
In diesem optischen Verstärker kann ein Verlust in dem optischen Dämpfer festgesetzt werden, wenn eine Änderung in der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts durch das Steuersignal mitgeteilt wird. Mit dieser Konfiguration kann der Betriebsmodus bzw. Operationsmodus des optischen Verstärkers einen Übergang durchführen von dem Zustand eines Betreibens in ALC-(automatische Pegelsteuerung)-Modus zu dem Zustand eines Betreibens in dem AGC-(automatische Verstärkungssteuerung)-Modus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt beispielhaft die Konfiguration eines optischen Kommunikationssystems, in dem optische Verstärker gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden;
2 erklärt das Steuersystem des optischen Kommunikationssystems gemäß der Ausführungsform;
3 zeigt die Konfiguration eines optischen Knotens;
4 zeigt den Zustand, wo ein Fehler nicht auftritt (Nicht-Schutz-Zustand);
5 zeigt den Zustand, wo ein Fehler auftritt (Schutz-Zustand);
6 zeigt die fundamentale Konfiguration des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 erklärt eine Ansprechzeit eines optischen Verstärkungsmediums;
8A und 8B erklären eine Zeitkonstante der AGC;
9A und 9B erklären eine Zeitkonstante der ALC;
10 zeigt die Konfiguration des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform;
11 zeigt beispielhaft eine Modifizierung des optischen Verstärkers, der in 10 gezeigt ist;
12 zeigt eine spezifische Konfiguration des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform;
13 erklärt die Operationen in dem ALC-Modus;
14 erklärt ein Verfahren, das die Zielausgangsleistung in dem ALC-Modus bestimmt;
15 zeigt Übergänge des Betriebsmodus des optischen Verstärkers in einem ersten Beispiel;
16 zeigt einen Steuerfluss des ersten Beispiels;
17 erklärt die Operationen in dem ALC-Modus in der Ausführungsform;
18 erklärt die Operationen in dem herkömmlichen ALC-Modus;
19 erklärt die Operationen in dem herkömmlichen AGC-Modus;
20 zeigt die Übergänge des Betriebsmodus und die Ausgangsleistung pro Wellenlänge;
21 zeigt Übergänge des Betriebsmodus eines optischen Verstärkers in einem zweiten Beispiel;
22 zeigt Übergänge des Betriebsmodus eines optischen Verstärkers in einem dritten Beispiel;
23 zeigt einen Steuerfluss des dritten Beispiels;
24 zeigt Übergänge des Betriebsmodus eines optischen Verstärkers in einem vierten Beispiel;
25 zeigt die Konfiguration eines optischen Verstärkers gemäß einer anderen Ausführungsform; und
26A und 26B zeigen die fundamentalen Konfigurationen eines optischen Verstärkers gemäß weiteren Ausführungsformen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hier im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt beispielhaft die Konfiguration eines optischen Kommunikationssystems, in dem optische Verstärker gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Hier wird das optische Kommunikationssystem mit Übertragungsleitungen in der Form eines Rings angewandt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht begrenzt auf dieses System und anwendbar auf ein optisches Kommunikationssystem, in dem zwei oder mehr Punkte verbunden werden durch einen willkürlichen Pfad.
Dieses optische Kommunikationssystem wird konfiguriert durch Verbinden einer Vielzahl von optischen Knoten 1 in der Form eines Rings mit optischen Fasern. Hier wird die Vielzahl der optischen Knoten 1 entsprechend verbunden durch ein Paar von optischen Fasern (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn verlaufende Leitungen), und duale Ringe werden gebildet. Wellenlängengemultiplexte Lichter werden übertragen über die im Uhrzeigersinn und die im Gegenuhrzeigersinn laufenden Leitungen. Speziell werden über die im Uhrzeigersinn laufende Leitung Arbeitssystemsignale übertragen durch Verwenden der Wellenlängen λ2, λ4, λ6, ..., und Schutzsystemsignale (oder Signale mit geringer Priorität) werden übertragen durch Verwenden von Wellenlängen λ1, λ3, λ5, .... Indessen werden über die im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Leitung Arbeitssystemsignale übertragen durch Verwenden von Wellenlängen λ1, λ3, λ5, ..., und Schutzsystemsignale (oder Signale mit geringer Priorität) werden übertragen durch Verwenden von Wellenlängen λ2, λ4, λ6, ....
Jeder der optischen Knoten 1 umfasst einen optischen Verstärker, verstärkt eingangswellenlängengemultiplextes Licht und überträgt das verstärkte Licht an den nächsten optischen Knoten. Zusätzlich kann jeder der optischen Knoten 1 eine oder mehrere Klientenleitungen aufnehmen. Zusätzlich umfasst jeder der optischen Knoten 1 eine Funktion (Fallenlassfunktion bzw. Drop-Funktion) zum Führen eines willkürlichen Signallichts innerhalb des wellenlängengemultiplexten Lichts, empfangen von einer Trunk-Systemleitung (die Leitung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn) zu einer Klientenleitung, und eine Funktion (Hinzufügfunktion) zum Multiplexen des Signallichts, das empfangen wird von der Klientenleitung an die Trunk-Systemleitung.
2 erklärt das Steuersystem des optischen Kommunikationssystems gemäß der Ausführungsform. Jeder der optischen Knoten 1 umfasst eine Überwachungssteuerungs-(OSC)-Einheit 10. Hier erzeugt/transferiert die OSC-Einheit 10 ein Überwachungssteuersignal zum Überwachen und Steuern des Betriebszustands des optischen Kommunikationssystems, und steuert die Operation eines optischen Verstärkers, etc., gemäß einem empfangenen Überwachungssteuersignal. Insbesondere wandelt ein Empfänger 11 das Überwachungssteuersignal, das empfangen wird von einem entsprechenden optischen Knoten, in ein elektrisches Signal um, und gibt das elektrische Signal an eine Steuerschaltung 12. Die Steuerschaltung 12 steuert den optischen Verstärker, etc., innerhalb des lokalen Knotens gemäß dem empfangenen Überwachungssteuersignal und aktualisiert das Überwachungssteuersignal, je nach Anlass. Ein Sender 13 wandelt das Überwachungssteuersignal in ein optisches Signal um und überträgt das Signal an den nächsten optischen Knoten. Hier führt die OSC-Einheit 3R-(Regeneration, Neuformen und Neu-Timen)-Betriebe für das Überwachungssteuersignal aus. Bemerkt sei, dass das Überwachungssteuersignal übertragen wird durch Verwenden einer vorbestimmten Wellenlänge (beispielsweise 1510 nm oder 1625 nm). Ferner transportiert das Überwachungssteuersignal mindestens Wellenlängennummerinformation, die die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts repräsentiert, das übertragen wird über eine Trunk-Systemleitung bzw. Fernamt-Systemleitung.
Wie oben beschrieben, wird der Zustand des optischen Kommunikationssystems gemäß dieser Ausführungsform überwacht und seine Betriebe werden gesteuert bzw. geregelt durch das Überwachungssteuersignal.
3 zeigt die Konfiguration eines optischen Knotens. Hier weist der optische Knoten 1 die Funktion zum Verstärken von wellenlängengemultiplexten Licht auf, das über eine Trunk-Systemleitung übertragen wird, sowie die Fallenlassfunktion und die Hinzufügfunktion, wie oben beschrieben. Es sei bemerkt, dass das wellenlängengemultiplexte Licht eine Vielzahl von Signallichtern enthält, und wobei OSC-Licht ein Überwachungssteuersignal transportiert.
Das eingangswellenlängengemultiplexte Licht wird verstärkt durch einen optischen Vorverstärker 22, dann demultiplext auf jeweilige Wellenlängen durch einen Demultiplexer 23 bzw. Entmultiplexer 23. Ein WDM-Koppler 21, der angeordnet ist an einer Stufe, die dem optischen Vorverstärker 22 vorgeht, führt das OSC-Licht, das enthalten ist in dem wellenlängengemultiplexten Licht an einen Empfänger 11. Signallichter mit jeweiligen Wellenlängen, die demultiplext bzw. entmultiplext werden von dem Entmultiplexer 23, werden an jeweilige optische Vermittlungen bzw. Schalter 24 geführt. Ein Multiplexer 25 multiplext die Vielzahl der Signallichter, die ausgegeben werden von den optischen Vermittlungen 24. Das wellenlängengemultiplexte Licht, das ausgegeben wird von dem Multiplexer 25, wird verstärkt durch einen optischen Nachverstärker 26, dann ausgegeben an eine Trunk-Systemleitung. Ein WDM-Koppler 27, der angeordnet ist an einer Stufe, die dem optischen Nachverstärker 26 nachfolgt, koppelt das wellenlängengemultiplexte Licht mit dem OCS-Licht.
Eine optische Vermittlung bzw. Schalter 31 wählt eines der Signallichter aus, die von zwei Trunk-Systemleitungen (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn verlaufende Leitungen) geführt werden. Zusätzlich führt ein Transponder (eine Hinzufüg/Fallenlass-Schaltung) 32 das Signallicht, das ausgewählt wird von der optischen Vermittlung 31 an eine Klientenleitung und führt auch das Signallicht, das empfangen wird von der Klientenleitung an die optischen Vermittlungen bzw. Schalter 34a und 34b über einen optischen Teiler (einen Koppler) 33. Die optischen Vermittlungen 34a und 34b wählen ein Hauptsignal aus und ein Signal mit geringer Priorität, und führen die empfangenen Signale an die entsprechenden Vermittlungen 24. Jede der optischen Vermittlungen 24 wählt das Signallicht von der Trunk-Systemleitung oder dem Signallicht von der Klientenleitung gemäß einem Befehl von einer Steuerschaltung 12 aus, und führt das ausgewählte Licht an den Multiplexer 25 oder den Transponder 32.
Die 4 und 5 erklären einen Schutzbetrieb in dem optischen Kommunikationssystem gemäß der Ausführungsform. Der "Schutzbetrieb" bedeutet einen Betrieb, der dafür vorgesehen ist, einen Pfad oder einen Weg zum Übertragen eines Signals wieder einzurichten, wenn ein Leitungsfehler etc. auftritt.
4 zeigt den Zustand, wo ein Fehler nicht auftritt (Nicht-Schutz-Zustand). Hier kennzeichnen die durchgezogenen Linien Pfade zum Übertragen eines Arbeitssystemsignals, wobei gestrichelte Linien Pfade kennzeichnen für ein Übertragen eines Schutzsystemsignals (oder ein Signal mit geringer Priorität).
In 4 werden auf einer im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Leitung, drei Pfade (λ#5, λ#7 und λ#9) zur Übertragung eines Arbeitssystemsignals von einem optischen Knoten 1a zu einem optischen Knoten 1d, zwei Pfade (λ#1 und λ#3) zum Übertragen eines Arbeitssystemsignals von dem optischen Knoten 1b zu einem optischen Knoten 1c und zwei Pfade (λ#2 und λ#4) zum Übertragen eines Schutzsystemsignals mit geringer Priorität von dem optischen Knoten 1a zu dem optischen Knoten 1b eingerichtet. Auf einer im Uhrzeigersinn verlaufenden Leitung werden drei Pfade (λ#6, λ#8 und λ#10) zum Übertragen eines Arbeitssystemsignals von dem optischen Knoten 1d zu dem optischen Knoten 1a, zwei Pfade (λ#2 und λ#4) zum Übertragen eines Arbeitssystemsignals von dem optischen Knoten 1c zu dem optischen Knoten 1b und zwei Pfade (λ#1 und λ#3) zum Übertragen eines Signals mit geringer Priorität von dem optischen Knoten 1b zu dem optischen Knoten 1a eingerichtet.
Die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts, das übertragen wird über eine Trunk-Systemleitung, variiert abhängig von einem Ort. Beispielsweise wird wellenlängengemultiplextes Licht, in dem fünf Wellenlängen (λ1, λ3, λ5, λ7 und λ9) gemultiplext werden, übertragen über eine im Gegenuhrzeigersinn laufende Leitung zwischen den optischen Knoten 1b und 1c.
Demgemäss verstärkt in diesem Fall ein optischer Vorverstärker, angeordnet für die im Gegenuhrzeigersinn laufende Leitung in dem optischen Knoten 1c, das wellenlängengemultiplexte Licht, in dem die fünf Wellenlängen gemultiplext werden. Indessen wird kein Pfad auf der im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Leitung zwischen den optischen Knoten 1d und 1a eingerichtet. Demgemäss wird in diesem Fall kein wellenlängengemultiplextes Licht eingegeben in einen optischen Vorverstärker, der angeordnet ist für die im Gegenuhrzeigersinn laufende Leitung in dem optischen Knoten 1a.
5 zeigt den Zustand (Schutzzustand), wo ein Fehler auftritt zwischen den optischen Knoten 1a und 1b. In diesem Fall wird ein Pfad für ein Übertragen eines Arbeitssystemsignals unter Pfaden, die errichtet sind unter Verwendung der Übertragungsleitung, auf der der Fehler auftritt, neu eingerichtet über einen anderen Weg. Speziell werden die drei Pfade (λ#5, λ#7 und λ#9), die eingerichtet sind auf der im Gegenuhrzeigersinn laufenden Leitung in 4, neu eingerichtet als drei Pfade (λ#5, λ#7 und λ#9), die eingerichtet werden auf der im Uhrzeigersinn laufenden Leitung. Ähnlich werden die drei Pfade (λ#6, λ#8 und λ#10), die auf der im Uhrzeigersinn laufenden Leitung in 4 eingerichtet werden, neu eingerichtet als drei Pfade (λ#6, λ#8 und λ#10), die auf der im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Leitung eingerichtet werden. Andererseits wird ein Signal mit geringer Priorität, das übertragen wurde über die Übertragungsleitung, auf der der Fehler auftritt, unterbrochen.
Als Ergebnis wird wellenlängengemultiplextes Licht, in das zwei Wellenlängen gemultiplext werden, eingegeben in den optischen Knoten 1c über die im Uhrzeigersinn laufende Leitung. Die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts, das eingegeben wird in den optischen Vorverstärker, der angeordnet ist für die im Gegenuhrzeigersinn laufende Leitung innerhalb des optischen Knotens 1c, nimmt nämlich ab von "5" auf "2" aufgrund des Auftretens des Fehlers, was in 5 gezeigt ist. Indessen wird wellenlängengemultiplextes Licht, in das drei Wellenlängen gemultiplext werden, eingegeben in den optischen Knoten 1a über die im Uhrzeigersinn laufende Leitung. Die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts, das eingegeben wird in den optischen Vorverstärker für die im Gegenuhrzeigersinn laufende Leitung innerhalb des optischen Knotens 1a erhöht sich nämlich von "0" auf "3" aufgrund des Auftretens des Fehlers, was in 5 gezeigt ist.
Wie oben beschrieben ändert sich, in dem optischen Kommunikationssystem gemäß dieser Ausführungsform, sobald der Schutz gestartet wird aufgrund eines Auftretens eines Fehlers, die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts, das eingegeben wird in den optischen Verstärker, in einem oder einer Vielzahl von optischen Knoten. Bei dem optischen Verstärker gemäß dieser Ausführungsform wird eine Variation in seinem Ausgangspegel unterdrückt, so dass sie klein ist, selbst wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich wie oben beschrieben ändert.
6 zeigt die fundamentale Konfiguration des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Verstärker ist angeordnet in jedem optischen Knoten und entspricht beispielsweise dem optischen Vorverstärker 22 oder dem optischen Nachverstärker 26, der gezeigt ist in 3. Der optische Verstärker verstärkt wellenlängengemultiplextes Licht in dem AGC-Modus oder dem ALC-Modus.
Dieser optische Verstärker weist eine zweistufige Verstärkungskonfigurierung auf und umfasst erbium-dotierte Fasern (EDFs) 41a und 41b als optisches Verstärkungsmedium. Es sei bemerkt, dass die optischen Verstärkungsmedien nicht begrenzt sind auf erbium-dotierte Fasern und Seltene-Erden-dotierte Fasern mit einem unterschiedlichen Element sein können. Zusätzlich wird ein variabler Dämpfer (VATT) 42, der einen optischen Pegel anpasst, angeordnet zwischen den EDFs 41 und 41b.
Eine AGC-Schaltung 43a umfasst eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht an den EDF 41a. Die AGC-Schaltung 43a überwacht den Eingangs/Ausgangs-Pegel des EDF 41a und passt die Leistung des Pumplichts an, um die Verstärkung der EDF 41a auf einem vorbestimmten konstanten Wert zu halten. Ähnlich umfasst eine AGC-Schaltung 43b eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht an die EDF 41b. Die AGC-Schaltung 43b überwacht den Eingangs/Ausgangs-Pegel des EDF 41b und passt die Leistung des Pumplichts an, um die Verstärkung der EDF 41b auf einem vorbestimmten konstanten Wert zu halten. Eine ALC-Schaltung 44 steuert einen Verlust in dem variablen Dämpfer bzw. Abschwächer 42, um den Ausgangspegel des optischen Verstärkers (nämlich den Ausgangspegel der EDF 41) auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
Während dieser optische Verstärker in dem AGC-Modus arbeitet, wird ein Verlust in dem optischen Verstärker 42 festgesetzt auf einen passenden Wert. Die AGC-Schaltungen 43a und 43b steuern passend die jeweiligen Verstärkungen der EDFs 41a und 41b. Indessen steuert, während dieser optische Verstärker in dem ALC-Modus arbeitet, die ALC-Schaltung 44 einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42, so dass der Ausgangspegel auf einem Wert gehalten wird, der der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts entspricht. Zu dieser Zeit werden die Verstärkungen der EDFs 41a und 41b entsprechend so gehalten, dass sie passende Werte sind, durch die AGC-Schaltungen 43a und 43b. Die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts wird mitgeteilt durch Verwenden des Überwachungssteuersignals, das erklärt wird mit Bezug auf 2.
Zeitkonstanten der AGC und der ALC werden wie folgt in diesem optischen Verstärker gesetzt.

(1) Die Zeitkonstante der AGC wird ausreichend klein gemacht, verglichen mit den Ansprechzeiten der EDFs 41a und 41b.
(2) Die Zeitkonstante der ALC wird größer gemacht als die Menge an Zeit, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungssteuersignals an jeden optischen Knoten.

7 erklärt die Ansprechzeit eines optischen Verstärkungsmediums. Die Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums wird gesteuert durch Pumplicht. Sobald sich die Leistung des Pumplichtes verringert, so verringert sich auch die Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums. Sobald sich die Leistung des Pumplichtes erhöht, erhöht sich ähnlich die Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums. Jedoch braucht es eine gewisse Zeit von dem Zeitpunkt, wenn die Leistung des Pumplichtes sich ändert, bis dann, wenn die Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums angepasst wird gemäß der Veränderung. Normalerweise wird die Ansprechzeit nicht länger, wenn die Leistung des Pumplichtes sich erhöht, aber wenn die Leistung sich verringert. Die Ansprechzeit des optischen Verstärkungsmediums wird bestimmt abhängig von seinem Material. Beispielsweise ist die Ansprechzeit einer EDF in der Größenordnung von mehreren Millisekunden.
8A und 8B erklären die Zeitkonstante der AGC. Hier sei angenommen, dass die AGC-Schaltung (43a oder 43b), wie in 8A gezeigt, eine Funktion umfasst zum Berechnen einer Verstärkung, basierend auf dem Verhältnis der Eingangsleistung zu der Ausgangsleistung der EDF (41a oder 41b), sowie eine Funktion zum Durchführen eines Vergleichs zwischen der berechneten Verstärkung und einem Referenzwert und eine Pumplichtquelle, die Pumplicht erzeugt, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs.
Wie in 8B gezeigt, ist, während die Eingangsleistung stabil ist, auch die Ausgangsleistung stabil und die Verstärkung ist konstant. Jedoch ist die Verstärkung der EDF abhängig von der Eingangsleistung. Genauer gesagt wird beispielsweise, falls die Eingangsleistung abnimmt, wenn vorbestimmtes Pumplicht zugeführt wird, die Verstärkung der EDF zu größeren Werten tendieren. Demgemäss muss, wenn sich die Eingangsleistung verändert, die AGC-Schaltung passend an die Leistung des Pumplichtes gemäß einer Veränderung anpassen. Hier wird, falls die AGC-Schaltung der Änderung in einer ausreichend kurzen Zeitperiode folgt, selbst wenn die Eingangsleistung sich ändert, die Verstärkung konstant gehalten.
Die Leistung des Pumplichtes wird gewöhnlich geregelt bzw. gesteuert, basierend auf der Eingangsleistung und Ausgangsleistung. Um die Leistung des Pumplichtes gemäß einer Änderung in der Eingangsleistung anzupassen, werden ein Prozess zum Berechnen einer Verstärkung, basierend auf dem Verhältnis der Eingangsleistung zu der Ausgangsleistung, ein Prozess zum Erhalten des Unterschieds zwischen der berechneten Verstärkung und einem Referenzwert und ähnliches, benötigt. Demgemäss ist es schwierig, die Ansprechzeit der AGC-Schaltung auf "0" zu verringern.
Jedoch ist es möglich, die Ansprechzeit ausreichend kurz zu machen. Die Ansprechzeit der AGC-Schaltung ist stark abhängig von der Ansprechzeit eines Verstärkers, der als ein Teiler zum Berechnen der Verstärkung arbeitet, und die Ansprechzeit eines Verstärkers zum Erhalten des Unterschieds. Deshalb wird die Ansprechzeit der AGC-Schaltung verkürzt durch Verbessern der Geschwindigkeiten der Verstärker. Eine Schaltung, die eine EDF steuert, unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-AGC-Schaltung, wird beispielsweise in OFC2001 PD38-1 gezeigt.
In dem optischen Verstärker gemäß dieser Ausführungsform wird die Zeitkonstante (Ansprechzeit) der AGC so gesetzt, dass sie kleiner ist als die Ansprechzeit eines optischen Verstärkungsmediums. Unter Heranziehung eines Beispiels wird die Zeitkonstante der AGC auf ein Hundertstel der Ansprechzeit des optischen Verstärkungsmediums gesetzt. Demgemäss wird die Verstärkung selbst dann konstant gehalten, wenn eine Änderung in der Eingangsleistung auftritt. Falls die Eingangsleistung pro Wellenlänge sich nicht verändert, variiert nämlich auch die Ausgangsleistung pro Wellenlänge nicht, selbst wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichtes sich ändert.
Die 9A und 9B erklären die Zeitkonstante der ALC. Hier sei angenommen, dass die ALC-Schaltung (44) eine Funktion aufweist zum Steuern eines Verlusts in dem variablen Dämpfer (42), basierend auf der Ausgangsleistung, wie in 9A gezeigt.
Wie in 9B gezeigt, variiert, wenn die Eingangsleistung sich verändert, auch die Ausgangsleistung gemäß der Veränderung. Hier passt die ALC-Schaltung einen Verlust in dem variablen Dämpfer an, um die Ausgangsleistung konstant zu halten. Zu dieser Zeit wird eine Veränderung in dem Verlust dargestellt unter Verwendung von beispielsweise einer Exponentialfunktion. Insbesondere wird eine Änderung in dem Verlust in der folgenden Gleichung definiert, die die Ausgangsleistung darstellt. In der folgenden Gleichung stellt "ΔP" die Änderungsmenge in Gesamtausgangsleistung dar, wenn sich die Eingangsleistung ändert und "T" stellt eine vorbestimmte Zeitkonstante dar. Zusätzlich stellt "t" die Zeitmenge dar, die gemessen wird von der Zeiteinteilung, wenn die Eingangsleistung sich verändert und "a" stellt die Ausgangsleistung in dem Fall t = 0 dar. Pout = ΔP(1e-t/T) + α
Gemäß dieser Gleichung wird ein Fehler der Ausgangsleistung bei der Zeiteinteilung bzw. Timing, wenn die Zeit "T" abläuft von der Änderung, die in der Eingangsleistung aufgetreten ist, reduziert auf "ΔP/e". Hier im Folgenden wird manchmal auf die Zeit "T" als "die Zeitkonstante der ALC" oder "die Ansprechzeit der ALC" Bezug genommen.
Die Zeitkonstante (Ansprechzeit) der ALC wird so gesetzt, dass sie länger ist als die Zeit, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungssteuersignals an jeden optischen Knoten. Insbesondere wird die Zeitkonstante der ALC beispielsweise eingestellt auf 10-mal oder mehr der Zeitmenge, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungsteuersignals an jeden optischen Knoten. Hier ist die Zeitmenge, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungssteuersignals an jeden optischen Knoten, gegeben durch eine Summe einer Verzögerungszeit in jedem optischen Knoten, Ausbreitungszeit eines Signals, Schutzzeit und Wellenlängenanzahlverarbeitungszeit. Die Verzögerungszeit in jedem optischen Knoten enthält die Zeit, die benötigt wird für die 3R-Operationen. Die Ausbreitungszeit eines Signals ist abhängig von der Länge einer Übertragungsleitung. Die Schutzzeit wird definiert beispielsweise als ein Standard von SONET, etc., und ist 50 bis 100 Millisekunden. Die Wellenlängenanzahlverarbeitungszeit ist eine Zeitperiode, von dem Zeitpunkt, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts mitgeteilt wird durch ein Überwachungssteuersignal, bis wenn die Einstellungen der ALC-Schaltung geändert werden gemäß der Anzahl der Wellenlängen.
Es sei angenommen, dass die maximale Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts 40 ist, "T = 100 Sekunden" wird erhalten gemäß der oben bereitgestellten Gleichung, um eine Variation in dem Ausgangspegel des optischen Verstärkers auf 0,1 dB oder kleiner zu drücken, wenn sich die Anzahl der Wellenlängen ändert.
Falls die Ansprechzeit des optischen Verstärkungsmediums und die Zeitkonstante der AGC die Ansprechzeit des optischen Verstärkungsmediums und die Zeitkonstante der ALC oder die Zeitkonstante der AGC und der der ALC übereinstimmen oder nahe beieinander sind, kann eine ungewünschte Oszillation, etc. auftreten in dem Steuersystem des optischen Verstärkers. Jedoch wird in dem optischen Verstärker gemäß der Ausführungsform die Zeitkonstante der AGC so eingerichtet, dass sie ausreichend kurz ist, verglichen mit der Ansprechzeit der EDF. Indessen wird die Zeitkonstante der ALC so gesetzt, dass sie länger ist als die Zeitmenge, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungssteuersignals an jeden optischen Knoten. Deshalb ist sie ausreichend lang im Vergleich mit der Ansprechzeit der EDF. Demgemäss wird das Steuersystem nicht unstabil aufgrund der Oszillation, etc.
10 zeigt die Konfiguration des optischen Verstärkers gemäß dieser Ausführungsform. In diesem optischen Verstärker wird eingangswellenlängengemultiplextes Licht verstärkt durch die EDFs 41a und 41b, und der Ausgangspegel wird angepasst durch den variablen Dämpfer 42. Die Verstärkungen der EDFs 41a und 42b werden entsprechend gesteuert durch die AGC-Schaltungen 43a und 43b, und ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 wird gesteuert durch die ALC-Schaltung 44.
Die Verstärkung der EDF 41a wird gesteuert, basierend auf der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung der EDF 41a. Hier wird die Eingangsleistung der EDF 41a detektiert durch eine Photodiode (PD) 51a, und ihre Ausgangsleistung wird detektiert durch eine Photodiode (PD) 52a.
Ein Verstärker 53a erhält das Verhältnis der Eingangsleistung zu der Ausgangsleistung. Jedoch wird, wie gut bekannt ist, eine ASE (verstärkte spontane Emission) erzeugt in der Verstärkung, die eine EDF verwendet. Dies bedeutet, dass die Ausgangsleistung in "GPin + Pase" resultiert, wobei "G" die Verstärkung der EDF darstellt und "Pase" die Leistung des ASE-Licht darstellt, falls die Eingangsleistung der EDF als "Pin" angenommen wird. Demgemäss wird, falls die Verstärkung der EDF berechnet wird, basierend auf den detektierten Eingangs- und Ausgangsleistungen, der folgende ungewünschte Wert erhalten. berechneter Verstärkungswert = Ausgangsleistung/Eingangsleistung = (Gpin + Pase)/Pin = G + Pase/Pin = G + Pase/mPinchwobei "m" die Anzahl der Wellenlängen (die Anzahl der Kanäle) des wellenlängengemultiplexten Lichts darstellt, und "Pinch" die Eingangsleistung pro Kanal darstellt. Falls Versuche gemacht werden, die Verstärkung unter Verwendung von nur den Eingangs/Ausgangs-Leistungen zu berechnen, die detektiert werden durch die Photodioden, tritt ein Fehler auf, der von der ASE herrührt. Der Fehler ist abhängig von der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts.
Demgemäss wird in dieser Ausführungsform ein ASE-Korrekturwert-1 hinzugefügt durch einen Hinzufüger 54a an den Wert der Eingangsleistung, die detektiert wird durch die Photodiode 51a. Hier entspricht der ASE-Korrekturwert-1 einem Wert, der erhalten wird durch Dividieren der Leistung der ASE-Lichtausgabe von der EDF 41a durch die Verstärkung der EDF 41a, und ist gegeben durch beispielsweise NFhνΔf, wobei "NF(=2nsp)" ein Rauschmaß darstellt, "Hν" eine Energie darstellt und "Δf" eine Bandbreite des Verstärkers darstellt. Da "NF" abhängig ist von der Eingangsleitung pro Kanal, kann es gesetzt werden, basierend auf der Eingangsleistung. Der ASE-Korrekturwert-1 wird auf diese Weise bestimmt, wodurch der Einfluss eliminiert wird, der ausgeübt wird durch den Fehler, der abgeleitet wird von der ASE und ist abhängig von der Anzahl der Wellenlängen.
Ein Verstärker 55a treibt eine Pumplichtquelle (LD) 56a an, basierend auf einem Unterschied zwischen dem berechneten wert der Verstärkungsausgabe von dem Verstärker 53a und eine vorbestimmte Verstärkung G1.
Wie oben beschrieben, wird in der AGC-Schaltung 43a der ASE-Korrekturwert-1 hinzugefügt zu dem Wert der Eingangsleistung, der detektiert wird durch die Photodiode 51a. Demgemäss kann die Verstärkung der EDF 41a korrekt detektiert werden, so dass die Verstärkung der EDF 41a akkurat gesteuert werden kann unter Verwendung des Ergebnisses der Detektion. Zusätzlich arbeitet, falls das Eingangslicht in die EDF 41a unterbrochen wird, die AGC-Schaltung 43a als ob das Licht entsprechend dem ASE-Korrekturwert-1 eingegeben wäre in die EDF 41a. Demgemäss ist der Zustand, wo "0" eingegeben wird in die AGC-Schaltung 43a, ungültig, und das Steuersystem wird stabil.
Eine Konfiguration und Operationen der AGC-Schaltung 43b, die die Verstärkung der EDF 41b steuert, sind fundamental die gleichen, wie die der AGC-Schaltung 43a. Deshalb werden ihre Erklärungen weggelassen.
Wie früher dargelegt, ist die Ansprechzeit der AGC-Schaltung 43a oder 43b (die Zeitkonstante der AGC) ausreichend kurz im Vergleich zu der Ansprechzeit der EDF 41a oder 41b. Dies wird beispielsweise implementiert durch Verbessern der Geschwindigkeiten der Verstärker 53a oder 53b, und 55a oder 55b.
Die ALC-Schaltung 44 steuert einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42, so dass die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers übereinstimmt mit einem gesetzten Wert entsprechend der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts. Hier wird die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers detektiert durch eine Photodiode (PD) 52b. Nebenbei bemerkt wird die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts mitgeteilt durch das oben beschriebene Überwachungssteuersignal. Es sei bemerkt, dass jedoch der gesetzte Wert entsprechend der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts korrigiert wird mit einem ASE-Korrekturwert-3. Der ASE-Korrekturwert-3 kann bestimmt werden gemäß dem Verfahren, das beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-232433 gezeigt ist. Dann wird der variable Dämpfer 42 gesteuert gemäß der Ausgabe der ALC-Schaltung 44. Hier wählt eine Umschaltschaltung 57 die Ausgabe der ALC-Schaltung 44, während der optische Verstärker in dem ALC-Modus arbeitet.
Die Ansprechzeit der ALC-Schaltung 44 (die Zeitkonstante der ALC) wird länger als die Zeitmenge, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungssteuersignals an jeden optischen Knoten, wie oben beschrieben.
Der optische Verstärker gemäß dieser Ausführungsform umfasst ferner eine ALC-Zusatzschaltung 60. Hier umfasst die ALC-Zusatzschaltung 60 Verstärker 61 und 63 und eine Abtast/Halte-Schaltung 62. Der Verstärker 61 erhält einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42, basierend auf den Eingangs- und den Ausgangsleistungen des variablen Dämpfers 42. Die Eingangsleistung des variablen Dämpfers 42 wird detektiert durch eine Photodiode 52a, und seine Ausgangsleistung wird detektiert durch eine Photodiode 51b. Die Abtast/Halte-Schaltung 62 tastet die Ausgabe des Verstärkers 61 bei vorbestimmten Zeitintervallen ab. Der Verstärker 63 gibt Unterschiedsdaten zum Hervorrufen, dass der Verlust in dem variablen Dämpfer 42, der erhalten wird durch den Verstärker 61, übereinstimmt mit dem Verlustwert, der gehalten wird durch die Abtast/Halte-Schaltung 62.
Die ALC-Zusatzschaltung 60 führt das oben beschriebene Sampling bzw. Abtasten durch, während der optische Verstärker in dem ALC-Modus arbeitet. Jedoch wählt in dem ALC-Modus die Umschaltschaltung 57 die Ausgabe der ALC-Schaltung 44 aus. Indessen unterbricht, falls der Betrieb des optischen Verstärkers umschaltet von dem ALC-Modus zu dem AGC-Modus, die ALC-Zusatzschaltung 60 den oben beschriebenen Abtastbetrieb, und die Abtast/Halte-Schaltung 62 hält die Daten, die erhalten werden durch das letzte Abtasten. Dann arbeitet in dem AGC-Modus das Steuersystem, so dass der Verlust in dem variablen Dämpfer 42 übereinstimmt mit dem Verlustwert, der in der Abtast/Halte-Schaltung 62 gehalten wird. In dem AGC-Modus wählt die Umschaltschaltung 57 die Ausgabe der ALC-Zusatzschaltung 60 aus. Wenn der optische Verstärker zurückschaltet von dem AGC-Modus auf den ALC-Modus, wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 gesteuert durch die ALC-Schaltung 44. Dann führt die ALC-Zusatzschaltung 60 wieder das oben beschriebene Abtasten durch. Umschalten des Betriebsmodus des optischen Verstärkers wird im Detail später beschrieben.
11 zeigt beispielhaft eine Modifizierung des optischen Verstärkers, der in 10 gezeigt ist. Die fundamentale Konfiguration des optischen Verstärkers, der in 11 gezeigt ist, ist die gleiche, wie die, die in 10 gezeigt ist. Jedoch existiert ein Unterschied in einem Verfahren, wobei ASE-Licht in der AGC-Schaltung korrigiert wird. Der optische Verstärker, der in 10 gezeigt ist, weist die Konfiguration auf, wo die ASE-Korrekturwerte-1 und die ASE-Korrekturwerte-2 entsprechend agiert werden zu den Eingangsleistungswerten, die detektiert werden durch die Photodioden 51a und 51b, um den Einfluss des ASE-Lichts zu eliminieren. Im Gegensatz dazu weist der optische Verstärker, der in 11 gezeigt ist, eine Konfiguration auf, wo die ASE-Korrekturwerte-4 und ASE-Korrekturwerte-5 entsprechend subtrahiert werden von den Ausgangsleistungswerten, die durch die Photodioden 52a und 52b detektiert werden. Es sei bemerkt, dass die ASE-Korrekturwerte-4 und die ASE-Korrekturwerte-5 jeweils den Leistungen der ASE-Lichter entsprechen, die erzeugt werden in den EDFs 41a und 41b. Die Konfiguration, wo die ASE-Korrekturwerte-4 und die ASE-Korrekturwerte-5 subtrahiert werden von den Ausgangsleistungswerten, wird beispielsweise offenbart in der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-112434.
Wie oben beschrieben wird in dem in 10 gezeigten optischen Verstärker die Leistung des Pumplichtes so gesteuert, dass die berechnete Verstärkung "G = Pout/(Pin + Korrekturwert)" mit einem Referenzwert übereinstimmt. Indessen wird, in dem optischen Verstärker, der in 11 gezeigt ist, die Leistung des Pumplichts so gesteuert, dass die berechnete Verstärkung "G = (Pout – Korrekturwert)/Pin" mit einem Referenzwert übereinstimmt. Demgemäss sind diese Verstärker die gleichen in einem Punkt, wo der Einfluss der ASE eliminiert wird in der AGC. Jedoch wird in der in 11 gezeigten Konfiguration "0" eingegeben in die AGC- Schaltung 43a, wenn Eingangslicht in die EDF unterbrochen wird. Demgemäss weist die in 10 gezeigte Konfiguration einen Vorteil in der Stabilität des Steuersystems auf.
12 zeigt eine spezifische Konfiguration des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform. Dieser optische Verstärker basiert auf der in 10 gezeigten Konfiguration.
In diesem optischen Verstärker werden verschiedene Steuerungen durch ein DSP 71 ausgeführt. Dem DSP 71 werden digitale Daten, die die Eingabeleistung des optischen Verstärkers darstellen, digitale Daten, die die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers darstellen, digitale Daten, die einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42 darstellen und Steuerinformation bereitgestellt. Hier werden die digitalen Daten, die Eingangsleistung des optischen Verstärkers darstellen, erhalten durch Umwandeln eines Analogwerts, der detektiert wird durch die Photodiode 51a in digitale Daten. Die die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers darstellende digitale Daten werden erhalten durch Umwandeln eines analogen Werts, der detektiert wird durch die Photodiode 52b in digitale Daten. Die ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 darstellenden digitalen Daten werden erhalten durch Umwandeln eines analogen Werts, der das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangs-Leistungen entsprechend darstellt, die durch die Photodioden 52a und 51b detektiert werden, in digitale Daten. Die Steuerinformation enthält Wellenlängenanzahlinformation, Betriebsmodusumschaltinformation und ASE-Korrekturmengeninformation und wird bereitgestellt von der Steuerschaltung 12. Diese Informationselemente werden übertragen an jeden optischen Knoten durch das oben beschriebene Überwachungssteuersignal. Zusätzlich kann der DSP 71 auf einen ROM 72 und einen EP2ROM 73 zugreifen. Der DSP 71 gibt die Information aus, die einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42 darstellt, basierend auf diesen Daten und Informationen. Die Ausgabe des DSP 71 wird umgewandelt in analoge Daten durch eine D/A-Umwandlungsschaltung und bereitgestellt an den variablen Dämpfer 42.
Der DSP 71 führt hauptsächlich die folgenden Prozesse aus.

(1) Ausgeben eines Befehls an den variablen Dämpfer 42 in dem ALC-Modus.
(2) Detektieren eines Verlusts in dem variablen Dämpfer 42 bei vorbestimmten Zeitintervallen in dem ALC-Modus, und Einschreiben der detektierten Verlustwerte in dem EP2ROM 73. Deshalb wird der EP2ROM 73 aktualisiert mit einem neu detektierten Verlustwert, wenn es notwendig ist.
(3) Ausgeben der Aktualisierung des EP2ROM 73, wenn der Betriebsmodus des optischen Verstärkers von dem ALC-Modus auf den AGC-Modus umschaltet. Als Ergebnis werden Daten, die einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42 darstellen zu der Zeitgebung, wenn der Betriebsmodus umschaltet, gespeichert in dem EP2ROM 73. Das oben beschriebene Umschalten des Betriebsmodus tritt beispielsweise auf, wenn eine Änderung in der Anzahl der Wellenlängen mitgeteilt wird durch das Überwachungssteuersignal, wenn ein Befehl zum Umschalten des Betriebsmodus empfangen wird von dem Überwachungssteuersignal, wenn das Überwachungssteuersignal nicht empfangen werden kann für eine vorbestimmte Zeitlänge, oder wenn ein Fehler auftritt in der Überwachungssteuereinheit.
(4) Instruieren des variablen Dämpfers 42 hinsichtlich des Wertes, der in dem EP2ROM 73 in dem AGC-Modus gespeichert wird, wenn ein in den optischen Verstärker eingegebenes Signal gestartet wird.

Der oben beschriebene Prozess (1) wird im Detail erklärt. Die Ausgangsleistung in dem ALC-Modus wird fundamental bestimmt gemäß der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts. Hier wird die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts mitgeteilt durch das Überwachungssteuersignal, wie oben beschrieben. Zusätzlich ist die Zielausgangsleistung, die in dem ALC-Modus gehalten werden soll, fundamental gegeben durch ein Produkt von "die Ausgangsleistung pro Wellenlänge" und "die Anzahl der Wellenlängen". "Die Ausgangsleistung pro Wellenlänge" wird im Voraus in einem ROM 72 gespeichert.
Der DSP 71 berechnet einen Unterschied ΔP zwischen der tatsächlichen Ausgangsleistung, die detektiert wird durch die Photodiode 52b und der Zielausgangsleistung, und berechnet ferner einen Korrekturbetrag "ΔP/n", wobei "n" ein positiver Wert ist, der größer ist als 1. In dem in 13 gezeigten Beispiel wird "ΔP₀" erhalten als der Unterschied zwischen der tatsächlichen Ausgangsleistung und der Zielausgangsleistung zu einer Zeit T₀. Demgemäss passt in diesem Fall der DSP 71 den Verlust in dem variablen Dämpfer 42 derart an, dass die tatsächliche Ausgangsleistung um "ΔP₀/n" ansteigt. Dann wird "ΔP₁" erhalten als die Differenz zwischen der tatsächlichen Ausgangsleistung und der Zielausgangsleistung zu einer Zeit T₁. Demgemäss passt in diesem Fall der DSP 71 den Verlust in dem variablen Dämpfer 42 derart an, dass die tatsächliche Ausgangsleistung um "ΔP₁/n" ansteigt. Danach passt der DSP 71 ähnlich einen Verlust in dem variablen Dämpfer 42 jedes Mal an, wenn eine Zeit ΔT abläuft und bringt die tatsächliche Ausgangsleistung dazu, sich nach und nach der Zielausgangsleistung anzunähern. Die Anpassungsgeschwindigkeit der Ausgangsleistung (nämlich die Zeitkonstante der ALC) kann gesetzt werden auf einen gewünschten Wert durch passendes Auswählen von "n" oder "ΔT". Beispielsweise wird, falls "ΔT" länger gemacht wird, auch die Zeitkonstante der ALC länger.
Die Zielausgangsleistung wird fundamental bestimmt, basierend auf der Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts. Jedoch kann die Zielausgangsleistung bestimmt werden, unter Betrachtung des Rauschens. In diesem Fall wird beispielsweise Rauschinformation, die transportiert wird durch das Überwachungssteuersignal, wie in 14 gezeigt, verwendet. Dies bedeutet, dass jeder optische Verstärker das Rauschen abschätzt, das innerhalb des lokalen Knotens auftritt gemäß der folgenden Gleichung.
Normalisiertes Rauschen, das in jedem optischen Knoten erzeugt wird, = 10/OSNRi × ΔF = NfihνΔF/Pinwobei "OSNRi" das Verhältnis eines optischen Signal-zu-Rauschens in einem i-ten optischen Verstärker darstellt, "Nfi" ein Rauschmaß in dem i-ten optischen Verstärker darstellt und vorgespeichert wird, beispielsweise in dem ROM 72, "hν" Energie darstellt, "ΔF" eine Bandbreite des optischen Verstärkers darstellt und "Pin" Eingangsleistung darstellt.
Jeder optische Verstärker fügt die Information des Rauschens hinzu, das erzeugt wird innerhalb des lokalen Knotens, zu der Rauschinformation, die mitgeteilt wird durch das Überwachungssteuersignal, und transferiert das Ergebnis der Addition an den nächsten optischen Knoten. Beispielsweise werden in dem Beispiel, das in 14 gezeigt ist, die folgenden Ergebnisse erhalten, als die Rauschinformation.
optischer Knoten 1a: 1/OSNRa × 10ΔF
optischer Knoten 1b: (1/OSNRa + 1/OSNRb) × 10ΔF
optischer Knoten 1c: (1/OSNRa + 1/OSNRb + 1/OSNRc) × 10ΔF
Dann bestimmt der DSP 71 die Zielausgangsleistung gemäß der folgenden Gleichung Zielausgangsleistung = m × Poutch × (1 + 1/OSNR × 10ΔF)wobei "m" die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts darstellt, "Poutch" die Ausgangsleistung pro Wellenlänge darstellt und "1/OSNR × 10ΔF" das gesammelte Rauschen ist, das wie oben beschrieben berechnet wird.
Als Nächstes wird das Umschalten des Betriebsmodus des optischen Verstärkers beschrieben.
Erstes Beispiel
Ein optischer Verstärker in dem ersten Beispiel arbeitet in dem ALC-Modus als fundamentaler Modus und arbeitet in dem AGC-Modus, falls die Anzahl der Wellenlängen sich ändert oder falls ein Fehler auftritt.
15 zeigt Übergänge des Betriebsmodus des optischen Verstärkers. Der optische Verstärker arbeitet in einem ersten ALC-Modus bei seinem Starten. Für den ersten ALC-Modus wird eine relativ kurze Zeitkonstante gesetzt. Wenn die Eingangsleistung an den optischen Verstärker in dem ersten ALC-Modus stabil wird, führt der optische Verstärker einen Übergang zu dem AGC-Modus durch. Es sei bemerkt, dass die Eingangsleistung detektiert wird durch die Photodiode 51a.
Falls die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts stabil ist in dem AGC-Modus, führt der optische Verstärker einen Übergang zu einem zweiten ALC-Modus durch. Die Anzahl der Wellenlängen wird periodisch mitgeteilt durch das Überwachungssteuersignal. Demgemäss wird, falls die mitgeteilte Anzahl der Wellenlängen weiterhin die gleiche für eine vorbestimmte Zeitperiode ist, die Anzahl der Wellenlängen als stabil beurteilt.
Für den zweiten ALC-Modus wird eine lange Zeitkonstante gesetzt. In dem zweiten ALC-Modus führt der optische Verstärker einen Übergang zu dem AGC-Modus (1) durch, wenn eine Mitteilung einer Änderung in der Anzahl der Wellenlängen empfangen wird (2), wenn ein Fehler auftritt in dem Überwachungssteuersignal (3), wenn eine Signaleingabe unterbrochen wird, oder (4), wenn ein Fehler (wie zum Beispiel eine temporäre Unterbrechung einer Leistungsversorgung, etc.) auftritt.
Wie oben beschrieben arbeitet der optische Verstärker gemäß diesem Beispiel bei seinem Starten in dem ersten ALC-Modus, dessen Zeitkonstante relativ kurz ist. Demgemäss wird die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers innerhalb einer relativ kurzen Zeit bei seinem Starten stabil.
16 zeigt einen Steuerfluss des ersten Beispiels. In dem ALC-Modus wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 derart angepasst, dass die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers (nämlich die Ausgangsleistung der EDF 41b) übereinstimmt mit der Zielausgangsleistung. Zu dieser Zeit wird ein tatsächlicher Verlust in dem variablen Dämpfer 42 periodisch detektiert, und der am letzten detektierte Wert wird in dem EP2ROM 73 gehalten.
In dem AGC-Modus wird die Aktualisierung des EP2ROM 73 unterbrochen. Dann wird der Verlust in dem variablen Dämpfer 42 festgelegt, um mit den Verlustwertdaten, die in dem EP2ROM 73 gehalten werden, überein zu stimmen.
17 erklärt die Operationen, die ausgeführt werden, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich in dem ALC-Modus ändert, entsprechend dem zweiten ALC-Modus, der in 15 gezeigt ist. Hier sei angenommen, dass die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts bei einer Zeit T₁ abnimmt. In diesem Fall fällt die Gesamteingangsleistung und die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers ab. Jedoch variiert die Ausgangsleistung pro Wellenlänge nicht. Hier im Folgenden wird in dem ALC-Modus ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 derart angepasst, dass die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers so gehalten wird, dass sie ein konstanter Wert ist. Jedoch ist, weil die Zeitkonstante der ALC des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform ausreichend lang ist, die Geschwindigkeit, bei der die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers sich ändert, sehr klein. Demgemäss bleibt die Ausgangsleistung pro Wellenlänge fast konstant.
Wenn die Änderung in der Anzahl der Wellenlängen mitgeteilt wird durch das Überwachungssteuersignal, schaltet der Betriebsmodus von dem ALC-Modus zu dem AGC-Modus. Hier ist eine Zeitperiode (Periode zwischen den Zeiten T1 und T2) von dem Zeitpunkt, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert, bis dann, wenn die Anzahl der Wellenlängen mitgeteilt wird durch das Überwachungssteuersignal, beispielsweise in der Größenordnung von mehreren zehn Millisekunden. Indessen ist die Zeitkonstante der ALC in der Größenordnung von mehreren Sekunden. Demgemäss ändert sich der Verlust in dem variablen Dämpfer 42 fast nicht in der Zeitperiode, von der Zeit, von wenn die Anzahl der Wellenlängen sich ändert, bis wenn der Betriebsmodus umschaltet, und auch die Ausgangsleistung pro Wellenlänge variiert fast nicht.
Es sei angenommen, dass die Zeitkonstante der ALC nicht ausreichend lang ist. In diesem Fall variiert die Ausgangsleistung pro Wellenlänge in der Zeitperiode, von der Zeit, wenn die Anzahl der Wellenlängen sich ändert, bis wenn der Betriebsmodus umschaltet, wie in 18 gezeigt. In dem in 18 gezeigten Beispiel versucht nämlich, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert bei einer Zeit T₁, die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers danach, auf den Pegel vor der Zeit T1, in einer relativ kurzen Zeit danach zurückzukehren. Demgemäss variiert auch die Ausgangsleistung pro Wellenlänge als Ergebnis dieser ALC-Operation bzw. dieses ALC-Betriebs.
Die Zeitkonstante der ALC wird beispielsweise bestimmt wie folgt. Zuerst wird ein tolerabler bzw. annehmbarer Wert einer Änderung in der Ausgangsleistung pro Wellenlänge bestimmt. Dann wird der Maximalwert der Zeit, die benötigt wird zum Übertragen des Überwachungssteuersignals an jeden optischen Knoten, abgeschätzt, basierend auf der Konfiguration des Kommunikationssystems, der Signalverarbeitungszeit (einschließlich der 3R-Operationen) bei jedem optischen Knoten, etc. Die Zeitkonstante der ALC wird derart gesetzt, dass eine Änderung in der Ausgangsleistung pro Wellenlänge nicht den oben beschriebenen tolerierbaren Wert in einer Zeitperiode überschreiten kann, von da an, wenn die Anzahl der Wellenlängen sich ändert, bis wenn die Maximalzeit, abgeschätzt wie oben beschrieben, abläuft.
Ferner variieren die Eigenschaften des optischen Verstärkers abhängig von einer Änderung in einer Umgebungstemperatur, einer Verschlechterung einer Komponente, die den optischen Verstärker konfiguriert, mit der Zeit, oder ähnlichem. Jedoch ist die Geschwindigkeit der Variation in den Eigenschaften, die durch solche Faktoren hervorgerufen werden, extrem langsam. Beispielsweise tritt eine Änderung in der Größenordnung von 1 dB während mehrerer Stunden bis mehrere Jahre auf. Demgemäss kann, selbst wenn die Zeitkonstante der ALC gesetzt wird auf eine Größenordnung von mehreren Sekunden bis mehreren zehn Sekunden, eine Änderung in der Ausgangsleistung, die hervorgerufen wird durch diese Faktoren, unterdrückt werden.
Nun wird zurückgekehrt zu 17. Nachdem der Betriebsmodus umgeschalten wird zu der Zeit T2, arbeitet der optische Verstärker in dem AGC-Modus. Hier ist die Zeitkonstante der AGC des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform ausreichend kurz, im Vergleich mit der Ansprechzeit der EDF. Demgemäss wird die Verstärkung des optischen Verstärkers konstant gehalten, wie mit Bezug auf 8 beschrieben. Dies bedeutet, dass die Ausgangsleistung pro Wellenlänge nicht variiert, selbst wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich verändert.
Im Gegensatz dazu, sei angenommen, dass die Zeitkonstante der AGC nicht ausreichend kurz ist, dann variiert die Ausgangsleistung pro Wellenlänge, wie in 19 gezeigt, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert. Dies bedeutet, dass, falls die Zeitperiode von dem Zeitpunk an, wenn die Eingangsleistung abnimmt aufgrund einer Änderung in der Anzahl der Wellenlängen, bis dann, wenn die Leistung des Pumplichts passend angepasst wird, länger wird, als die Ansprechzeit der EDF, eine Verzögerung auftritt in einer Anpassung der Leistung des Pumplichts, so dass die Verstärkung der EDF temporär zu groß wird. Deshalb wird die Ausgangsleistung pro Wellenlänge temporär groß. Ein Stoss bzw. Stromstoss tritt nämlich unerwünscht auf.
20 zeigt Übergänge des Betriebsmodus und der Ausgangsleistung pro Wellenlänge, wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert. Hier sei angenommen, dass die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert von "5" bis auf "3" zu einer Zeit T1. Es sei auch angenommen, dass die Zielausgangsleistung, die "der Anzahl der Wellenlängen = 5" entspricht, "50" ist, und dass entsprechend "die Anzahl der Wellenlängen = 3", "30" ist in dem ALC-Modus. Man sollte sich daran erinnern, dass die Lichtleistungen dargestellt werden durch numerische Werte ohne Einheit in 20 zur Erklärung.
Vor der Zeit T1 arbeitet der optische Verstärker in dem ALC-Modus, und die Gesamtausgangsleistung wird so gehalten, dass sie "50" beträgt. Zu dieser Zeit ist die Ausgangsleistung pro Wellenlänge "10".
Wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert von "5" auf "3" zu der Zeit T1, nimmt die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers von "50" auf "30" ab. Zu dieser Zeit arbeitet der optische Verstärker in dem ALC-Modus. Deshalb passt der DSP 71 den variablen Dämpfer 42 an, um die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers dazu zu bringen, auf "50" zurückzukehren, bis das Überwachungssteuersignal einschließlich der Wellenlängenanzahlinformation bei einer Zeit T2 empfangen wird. Jedoch bleibt, da die Zeitkonstante der ALC des optischen Verstärkers gemäß der Ausführungsform ausreichend lang ist, wie oben beschrieben, die Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers bei der Zeit T₂ fast bei "30". Die Ausgangsleistung pro Wellenlänge bleibt nämlich fast bei "10" während der Zeitperiode zwischen den Zeiten T1 und T2.
Bei der Zeit T2 schaltet der optische Verstärker von dem ALC-Modus auf den AGC-Modus um. Demgemäss wird der Verlustwert des variablen Dämpfers 42 bei der Zeit T2 in dem EP2ROM 73 danach gehalten.
Nach der Zeit T2 arbeitet der optische Verstärker in dem AGC-Modus. Hier wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 zu dem Wert, der in EP2ROM 73 gehalten wird. Ferner ändert sich, weil die Verstärkung des optischen Verstärkers konstant gehalten wird in dem AGC-Modus, die Ausgangsleistung pro Wellenlänge nicht. Dies bedeutet, dass die Ausgangsleistung pro Wellenlänge fast bei "10" bleibt, und die Gesamtausgangsleistung fast bei "30" für die Zeitperiode, während der optische Verstärker in dem AGC-Modus arbeitet, bleibt.
Falls die gleiche Wellenlängenanzahlinformation (die Anzahl der Wellenlängen = 3) weiter detektiert wird in einer vorbestimmten Zeitperiode, während der optische Verstärker in dem AGC-Modus arbeitet, schaltet der Betriebsmodus zurück von dem AGC-Modus zu dem ALC-Modus zu der Zeit T3. Zu dieser Zeit wird die Zielausgangsleistung gesetzt auf "30" gemäß der empfangenen Wellenlängenanzahlinformation. Indessen wird die Gesamtausgangsleistung so gehalten, dass sie fast "30" ist, während der optische Verstärker in dem AGC-Modus arbeitet. Die tatsächliche Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers stimmt nämlich fast überein mit der Zielausgangsleistung zur Zeit T3. Demgemäss wird der Verlustwert des variablen Dämpfers 42 nicht signifikant angepasst bei und nach der Zeit T3. Deshalb bleibt die Ausgangsleistung pro Wellenlänge fast bei "10" auch nach der Zeit T3.
Wie oben beschrieben wird die Ausgangsleistung von jedem Signallicht, das in dem wellenlängengemultiplexten Licht enthalten ist, das ausgegeben wird von dem optischen Verstärker, so gehalten, dass es fast konstant ist, selbst wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert. Dies bedeutet, dass die Zeitkonstante der AGC ausreichend kurz gemacht wird, und dass die ALC ausreichend lang gemacht wird, wobei die Ausgangsleistung von jedem Signallicht, das enthalten ist in dem wellenlängengemultiplexten Licht, ausgegeben von dem optischen Verstärker, kontinuierlich stabil ist.
Zweites Beispiel
Ein optischer Verstärker in dem zweiten Beispiel arbeitet in dem AGC-Modus als fundamentaler Modus und arbeitet periodisch in dem ALC-Modus.
21 zeigt Übergänge des Betriebsmodus des optischen Verstärkers. Die Prozeduren, von dem Zeitpunkt, wenn der optische Verstärker gestartet wird, bis wenn der Betriebsmodus einen Übergang durchführt zu dem AGC-Modus über den ersten ALC-Modus, sind die gleichen, wie die in dem ersten Beispiel.
In dem AGC-Modus wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 festgelegt, auf einen Wert, der in dem EP2ROM 73 gehalten wird. Der ALC-Modus wird periodisch gestartet oder gemäß einem externen Befehl, etc. In dem ALC-Modus wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 32 derart angepasst, dass die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers übereinstimmt mit einer Zielausgangsleistung. Begleitend zu dieser Anpassung wird der EP2ROM 73 aktualisiert. Deshalb wird der Verlust in dem variablen Dämpfer 42 passend angepasst, wenn der optische Verstärker zurückgeschaltet wird auf den AGC-Modus.
Wie oben beschrieben wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 passend angepasst, so dass die Ausgangsleistung stabil ist, selbst wenn der optische Verstärker in dem AGC-Modus arbeitet.
Drittes Beispiel
Ein optischer Verstärker in dem dritten Beispiel arbeitet in dem ALC-Modus als fundamentaler Modus in einer ähnlichen Art und Weise, wie in dem ersten Beispiel. Jedoch hat der optische Verstärker in dem dritten Beispiel einen Ausschaltmodus zusätzlich zu dem ersten ALC-Modus, dem zweiten ALC-Modus und dem AGC-Modus in dem ersten Beispiel.
22 zeigt Übergänge des Betriebsmodus des optischen Verstärkers. Hier werden, da der erste ALC-Modus, der zweite ALC-Modus und der AGC-Modus fundamental die gleichen sind, wie die in dem ersten Beispiel, ihre Erklärungen weggelassen.
In dem dritten Beispiel in dem AGC-Modus oder dem zweiten ALC-Modus führt der optische Verstärker einen Übergang durch zu dem Abschalte-Modus (1), wenn eine Signaleingabe unterbrochen wird, oder (2) wenn ein Fehler (wie zum Beispiel ein temporäres Unterbrechen der Leistungsversorgung, etc.), auftritt. In dem Abschalte-Modus führt der optische Verstärker einen Übergang zu dem AGC-Modus durch, wenn eine Signaleingabe weitergeführt wird.
23 zeigt einen Steuerfluss des dritten Beispiels. In dem ALC-Modus wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 derart angepasst, dass die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers übereinstimmt mit der Zielausgangsleistung. Zu dieser Zeit wird ein tatsächlicher Verlust in dem variablen Dämpfer 42 periodisch detektiert, und der am letzten detektierte Wert wird in dem EP2ROM 73 gehalten. Wenn ein Eingangssignal unterbrochen wird, führt der optische Verstärker einen Übergang durch zu dem Abschalte-Modus.
In dem Abschalte-Modus wird eine Aktualisierung des EP2ROM 73. unterbrochen. Ferner wird der Verstärkungsbetrieb, der durchgeführt wird durch die EDF, unterbrochen. Das Antreiben der Pumplichtquelle wird nämlich unterbrochen. Wenn eine Signaleingabe weitergeht, führt der optische Verstärker einen Übergang zu dem AGC-Modus durch.
In dem AGC-Modus wird die Pumplichtquelle angetrieben. Zusätzlich wird ein Verlust in dem variablen Dämpfer 42 festgelegt, um mit den Verlustwertdaten, die in dem EP2ROM 73 gehalten werden, überein zu stimmen. Dann führt der optische Verstärker einen Übergang durch zu dem ALC-Modus, wenn eine vorbestimmte Zeitlänge abgelaufen ist, oder wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts stabil wird.
Wie oben beschrieben führt, wenn die Signaleingabe unterbrochen wird, der optische Verstärker einen Übergang zu dem Abschalte-Modus durch, und der Verstärkungsbetrieb wird unterbrochen in dem dritten Beispiel. Deshalb wird, selbst in der in 11 gezeigten Konfiguration, eine Eingabe an die AGC-Schaltung nie "0". Demgemäss können die Betriebe der AGC-Schaltung daran gehindert werden, unstabil zu werden.
Viertes Beispiel
Ein optischer Verstärker in dem vierten Beispiel hat einen Hot-Standby-Modus, wie in 24 gezeigt.
Innerhalb des Kommunikationssystems gemäß der Ausführungsform existieren viele optische Verstärker. An einige von diesen wird jedoch manchmal kein wellenlängengemultiplextes Licht eingegeben, wenn das Kommunikationssystem normal verwendet wird, aber nur, wenn das System die Schutzfunktion ausführt. In diesem Fall werden diese optischen Verstärker eingestellt auf den Standby-Modus bzw. Bereithalte-Modus, falls das Kommunikationssystem normal verwendet wird. Hier in dem Standby-Modus wird Pumplicht, dessen Leistung kleiner ist als die in dem Fall, wo ein normaler Verstärkungsbetrieb ausgeführt wird, der EDF zugeführt. In dem Standby-Modus ist die EDF in dem Zustand, mit einem geringen Pegel gepumpt zu werden. Wenn wellenlängengemultiplextes Licht eingegeben wird in die optischen Verstärker, die in dem Standby-Modus arbeiten, führt ihr Betriebsmodus sofort einen Übergang zu dem AGC-Modus durch. Da die EDF schon zu einem gewissen Grad zu dieser Zeit gepumpt ist, ist die Zeitlänge, die benötigt wird zum Starten des Verstärkungsbetriebs in dem AGC-Modus kurz.
In dem optischen Verstärker gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Verstärkungen der EDFs 41a und 41b individuell gesteuert bzw. geregelt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht begrenzt auf diese Konfiguration. Das heißt, dass, wie in 25 gezeigt, eine Summe von Verstärkungen der EDFs 41a und 41b so gesteuert werden kann, dass sie konstant ist. In diesem Fall wird die Summe der Verstärkungen der EDFs 41a und 41b erhalten durch Subtrahieren eines Verlusts in dem variablen Dämpfer 42 von der Verstärkung des gesamten optischen Verstärkers. Dann werden die Pumplichtquellen 56a und 56b derart gesteuert, dass die Summe der Verstärkungen der EDFs 41a und 41b einen vorbestimmten Zielwert annehmen. Mit solch einer Konfigurierung tritt eine Neigung einer Verstärkung nicht auf und eine hohe Ausgabe wird nicht bei einer Vorstufenverstärkungseinheit benötigt (nämlich der EDF 41a).
Zusätzlich ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Paar optischer Verstärker, die durch erbium-dotierte Fasern implementiert werden, angeordnet. Jedoch können lineare optische Verstärker anstatt dessen verwendet werden. Der lineare optische Verstärker ist ein Halbleiterverstärker, in dem eine Laseroszillation durchgeführt wird in der Richtung senkrecht zu einem Resonator und eine Verstärkung dessen wird festgestellt. Deshalb wird eine Verstärkung eines Signals so gehalten, dass es einen konstanten Wert hat unabhängig von dem Eingangspegel. In diesem Fall kann der Bedarf für die AGC-Schaltung eliminiert werden, oder die Konfiguration der AGC-Schaltung kann vereinfacht werden.
Ferner wird der optische Verstärker gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen so konfiguriert, dass er eine Vorstufenverstärkungseinheit, eine Nachstufenverstärkungseinheit und einen variablen Dämpfer, der zwischen denen angeordnet ist, enthält. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf einen optischen Verstärker, der konfiguriert wird durch eine Verstärkungseinheit, wie in 26A oder 26B gezeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem optischen Verstärker, der wellenlängengemultiplextes Licht verstärkt, die Ausgangsleistung von jedem Signallicht, das enthalten ist in dem wellenlängengemultiplexten Licht, stabil. Insbesondere wird, selbst wenn die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängengemultiplexten Lichts sich ändert, die Ausgangsleistung von jedem Signallicht so gehalten, dass sie konstant ist.

Claims

Ein optischer Verstärker, der ein optisches Verstärkungsmedium (41a, 41b) und einen optischen Abschwächer bzw. optischen Dämpfer (42) aufweist, verwendet in einem optischen Kommunikationssystem, das wellenlängenmultiplextes Licht mit einer Vielzahl von optischen Verstärkern als einer der Vielzahl von optischen Verstärkern überträgt, umfassend: eine Verstärkungssteuerschaltung (43a, 43b), die eine Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums so hält, dass sie auf einem konstanten Wert ist; und eine Pegelsteuerschaltung (44), die einen Verlust in dem optischen Dämpfer so steuert bzw. regelt, dass ein Ausgangspegel des optischen Verstärkers so gehalten wird, dass er ein Wert entsprechend einem Steuersignal ist, das der Vielzahl von optischen Verstärkern innerhalb des optischen Kommunikationssystems mitgeteilt wird, wobei eine Zeitkonstante der Pegelsteuerschaltung länger ist als eine Zeitperiode, die benötigt wird zum Mitteilen des Steuersignals an die Vielzahl von optischen Verstärkern innerhalb des optischen Kommunikationssystems.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Zeitkonstante der Verstärkungssteuerschaltung (43a, 43b) kürzer ist als eine Ansprechzeit des optischen Verstärkungsmediums (41a, 41b).
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei: die Verstärkungssteuerschaltung (43a, 43b) umfasst eine Detektiereinrichtung (51a, 51b, 52a, 52b) zum Detektieren einer Eingangsleistung und einer Ausgangsleistung des optischen Verstärkungsmediums, eine Berechnungseinrichtung (53a, 53b) zum Berechnen der Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums basierend auf der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung, die detektiert werden durch die Detektiereinheit, und eine Pumplichtsteuereinrichtung (55a, 55b) zum Steuern einer Leistung eines zuzuführenden Pumplichts an das optische Verstärkungsmedium gemäß der Verstärkung, die durch die Berechnungseinheit berechnet wird; und die Berechnungseinrichtung die Verstärkung des optischen Verstärkungsmediums berechnet, basierend auf einem Verhältnis der Eingangsleistung zu einem Wert, der durch Subtrahieren der Leistung eines verstärkten Spontanemissionsrauschens erhalten wird, das in dem optischen Verstärkungsmedium von der Ausgangsleistung erzeugt wird.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Pegelsteuerschaltung (44) einen Verlust in dem optischen Dämpfer (42) fixiert, wenn eine Änderung in einer Anzahl von Wellenlängen des wellenlängenmultiplexten Lichts durch das Steuersignal mitgeteilt wird.
Der optische Verstärker nach Anspruch 4, wobei die Pegelsteuerschaltung (44) zurückschaltet zu einem Betriebsmodus, in dem der Verlust in dem optischen Dämpfer (42) gesteuert wird, zum Halten des Ausgangspegels des optischen Verstärkers bei einem konstanten Wert, falls die Anzahl der Wellenlängen des wellenlängenmultixplexten Lichts stabil wird während der Verlust in dem optischen Dämpfer (42) fest ist.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Pegelsteuerschaltung (44) den Verlust in dem optischen Dämpfer (42) fixiert, falls das Steuersignal nicht empfangen wird für eine vorbestimmte Zeitperiode.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungssteuerschaltung (43a, 43b) einen Verstärkungsbetrieb des optischen Verstärkungsmediums (41a, 41b) unterbricht, falls wellenlängenmultiplextes Licht nicht in den optischen Verstärker eingegeben wird.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Pegelsteuerschaltung (44) mit einer ersten Zeitkonstante arbeitet, wenn der optische Verstärker gestartet wird, und danach mit einer zweiten Zeitkonstante arbeitet, die länger ist als die erste Zeitkonstante und auch länger als eine Zeitperiode, die benötigt wird zum Mitteilen des Steuersignals an die Vielzahl von optischen Verstärkern innerhalb des optischen Kommunikationssystems.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Pegelsteuerschaltung (44) den Verlust in dem optischen Dämpfer so steuert bzw. regelt, dass der Ausgangspegel des optischen Verstärkers auf einem Wert gehalten wird, der bestimmt wird unter Betrachtung eines Rauschens, das sich ansammelt während wellenlängenmultiplextes Licht übertragen wird an den optischen Verstärker.
Der optische Verstärker nach Anspruch 1, wobei: das optische Verstärkungsmedium ein erstes optisches Verstärkungsmedium (41a) und ein zweites optisches Verstärkungsmedium (41b) umfasst; und die Verstärkungssteuerschaltung eine Summe von Verstärkungen des ersten und zweiten optischen Verstärkungsmediums auf einem konstanten Wert hält.
Ein optischer Verstärker, der in einem optischen Kommunikationssystem verwendet wird, das wellenlängenmultiplextes Licht überträgt mit einer Vielzahl von optischen Verstärkern als einen der Vielzahl der optischen Verstärker, umfassend: ein optisches Verstärkungsmedium, das eingangswellenlängenmultiplextes Licht mit einer konstanten Verstärkung verstärkt, ohne abhängig zu sein von einem Eingangspegel; ein optischer Dämpfer (42), der angeordnet ist an einer Stufe vorausgehend oder nachfolgend dem optischen Verstärkungsmedium; und eine Pegelsteuerschaltung (44), die einen Verlust in dem optischen Dämpfer so steuert, dass ein Ausgangspegel des optischen Verstärkers auf einem Wert gehalten wird, entsprechend einem Steuersignal, das der Vielzahl der optischen Verstärker innerhalb des optischen Kommunikationssystems mitgeteilt wird, wobei eine Zeitkonstante der Pegelsteuerschaltung länger ist als eine Zeitperiode, die benötigt wird zum Mitteilen des Steuersignals an die Vielzahl der optischen Verstärker innerhalb des optischen Kommunikationssystems.
Ein WDM-Kommunikationssystem, das eine Vielzahl von optischen Knoten enthält, die in einer Form eines Rings verbunden sind, wobei jeder der Vielzahl von optischen Knoten den optischen Verstärker nach Anspruch 1 umfasst.
Ein optisches Kommunikationssystem, in dem eine Vielzahl von optischen Verstärker angeordnet sind auf einer Übertragungsleitung zum Übertragen von wellenlängenmultiplextem Licht, wobei jeder der Vielzahl von optischen Verstärkern, der optische Verstärker nach Anspruch 1 ist.