DE60300563T2 - Optischer Verstärker und zugehöriges Ansteuerungsverfahren - Google Patents

Optischer Verstärker und zugehöriges Ansteuerungsverfahren Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Verstärker und ein Steuerverfahren dafür.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In den letzten Jahren wurden eine Herstellungstechnik und eine Verwendungstechnik für eine Siliziumdioxid-Optikfaser mit geringem Verlust (z.B. 0,2 dB/km) etabliert, und es wurde ein optisches Kommunikationssystem, das die optische Faser als eine Übertragungsleitung verwendet, zur praktischen Verwendung gebracht. Ferner wurde, um Verluste in der Optikfaser zu kompensieren und dadurch Langstreckenübertragung zu ermöglichen, die Verwendung eines optischen Verstärkers zum Verstärken eines Optiksignals oder Signallichtes zur praktischen Verwendung gebracht.
  • Ein optischer Verstärker, der in der Technik bekannt ist, inkludiert ein optisches Verstärkungsmedium, dem zu verstärkendes Signallicht zugeführt wird, und Mittel zum Pumpen des optischen Verstärkungsmediums, sodass das optische Verstärkungsmedium ein Verstärkungsband inkludierend die Wellenlänge des Signallichtes vorsieht.
  • Z.B. wurde bereits ein Erbiumfaserverstärker (EDFA, erbium doted fiber amplifier) entwickelt, um Signallicht in einem Band von 1,55 μm zu verstärken, wo der Verlust in einer Siliziumdioxidfaser gering ist. Der EDFA inkludiert eine Erbium faser (EDF) als das optische Verstärkungsmedium und eine Pumpquelle zum Zuführen von Pumplicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge zu der EDF. Durch vorheriges Einstellen der Wellenlänge des Pumplichtes innerhalb eines Bandes von 0,98 μm oder eines Bandes von 1,48 μm kann ein Verstärkungsband inkludierend eine Wellenlänge von 1,55 μm erhalten werden.
  • Als eine Technik zum Erhöhen einer Übertragungskapazität durch eine einzelne optische Faser ist Wellenlängenmultiplexing (WDM, wavelength division multiplexing) bekannt. In einem System, das WDM übernimmt, wird eine Vielzahl von optischen Trägern mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet. Die vielen optischen Träger sind einzeln moduliert, um dadurch eine Vielzahl von optischen Signalen zu erhalten, die durch einen optischen Multiplexer nach Wellenlänge multiplext werden, um WDM-Signallicht zu erhalten, das zu einer Optikfaser-Übertragungsleitung ausgegeben wird. In dem empfangenden Ende wird das empfangene WDM-Signallicht in einzelne optische Signale durch einen optischen Demultiplexer getrennt, und die übertragenen Daten werden gemäß jedem optischen Signal reproduziert. Entsprechend kann durch Anwenden von WDM die Übertragungskapazität in einer einzelnen Optikfaser gemäß der Zahl von WDM-Kanälen erhöht werden.
  • Durch Verwenden eines optischen Verstärkers als einen linearen Repeater kann die Zahl von Teilen in dem Repeater im Vergleich zu dem Fall einer Verwendung eines konventionellen regenerativen Repeaters stark reduziert werden, wobei dadurch Zuverlässigkeit sichergestellt und eine beträchtliche Kostenverringerung ermöglicht werden.
  • In dem Fall einer Einbeziehung eines optischen Verstärkers in ein Optikfaser-Übertragungssystem, das WDM übernimmt, sind verschiedene Typen einer Steuerung für den optischen Verstärker erforderlich, um die Anforderung zu erfüllen, dass die Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung konstant gehalten werden muss, und die Wellenformverschlechterung wegen den nichtlinearen Effekten in einer Optikfaser-Übertragungsleitung zu verhindern.
  • Z.B. ändert sich die Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung in einem EDFA gemäß der Verstärkung, die durch eine Pumpbedingung bestimmt wird, sodass AGC (automatische Verstärkungssteuerung, automatic gain control) durchgeführt wird, indem einer Eingabe eine konstante Verstärkung gegeben wird, um eine Ausgabe zu erhalten. In diesem Fall ändert sich die Ausgabe mit einer Änderung in der Eingabe unter der konstanten Verstärkung.
  • In einem optischen Verstärker ist aus der Sicht eines S/N ein höherer Signalausgang wünschenswert. Es kann jedoch nicht gesagt werden, dass dies allgemein zutrifft, unter Betrachtung der Wellenlängenverschlechterung wegen den nichtlinearen Effekten in einer Optikfaser-Übertragungsleitung und des Eingangsdynamikbereiches in einem empfangenden Ende. D.h. es ist erforderlich, ALC (automatische Pegelsteuerung, automatic level control) durchzuführen, sodass die Ausgabe von dem Optikverstärker in einem vorbestimmten Bereich konstant wird.
  • Es wurde ein optischer Verstärker vorgeschlagen, inkludierend erste und zweite optische Verstärkungseinheiten und ein variables optisches Dämpfungsglied, das zwischen den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten verbunden ist, als eine optimale Konfiguration zum Durchführen von sowohl AGC als auch ALC. In dieser Konfiguration wird AGC in jeder der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten durchgeführt, und ALC wird durch das variable optische Dämpfungsglied durchgeführt.
  • Diese Konfiguration wurde aus den folgenden Gründen vorgeschlagen. Der erste Grund ist, dass falls das variable optische Dämpfungsglied für ALC in der Vorderstufe angeordnet ist, es einen Nachteil aus der Sicht einer Optimierung der NF (Rauschzahl, Noise Figure) in dem optischen Verstärker als ein ganzes gibt. Der zweite Grund besteht darin, dass falls das variable optische Dämpfungsglied für ALC in der hinteren Stufe angeordnet ist, es notwendig ist, eine höhere Signalausgangsleistung in der optischen Verstärkungseinheit für AGC gerade stromaufwärts von dem variablen optischen Dämpfungsglied so zu erhalten, um die Anforderung zu erfüllen, dass eine gegebene Signalausgangsleistung von dem optischen Verstärker als ein ganzes sichergestellt werden muss, was zu einem Nachteil aus der Sicht einer Verringerung vom Energieverbrauch einer Laserdiode als eine Pumpquelle führt.
  • In der obigen Konfiguration, die für sowohl AGC als auch ALC geeignet ist, ist es notwendig, AGC in jeder der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten unabhängig durchzuführen, was ein Problem verursacht, dass die Konfiguration des optischen Verstärkers kompliziert wird.
  • In dem Fall einer Verwendung dieses optischen Verstärkers in einem System, das WDM übernimmt, entsteht ferner ein anderes Problem, dass wenn sich die Zahl von WDM-Kanälen ändert, die Steuerung des variablen optischen Dämpfungsgliedes für ALC kompliziert ist. Spezieller wird in dem Fall einer Durchführung von ALC beim Verstärken von WDM-Signallicht die Steuerung so durchgeführt, dass die Gesamtausgangsleistung von dem variablen optischen Dämpfungsglied konstant wird. Wenn sich die Zahl von Wellenlängenkanälen des WDM-Signallichtes während eines Betriebs des Systems ändert, ändert sich entsprechend ein Zielwert für die Steuerung des variablen optischen Dämpfungsgliedes.
  • Dieser Zielwert für die Steuerung des variablen optischen Dämpfungsgliedes wird allgemein von einer Überwachungssteuereinrichtung übertragen, die stromaufwärts von dem variablen optischen Dämpfungsglied vorgesehen sind, sodass eine beschwerliche Überwachungsoperation als Reaktion auf eine Änderung der Zahl von Wellenlängenkanälen in dem System erforderlich ist. Während die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes als Reaktion auf eine Änderung der Zahl von Wellenlängenkanälen zeitweilig fixiert ist, ist es notwendig, eine derartige Operation auszuführen, dass der Zielwert auf einen Leistungszielwert gemäß der Änderung der Zahl von Wellenlängenkanälen unter der Bedingung, wo eine ALC-Schleife geöffnet ist, aktualisiert wird, und die ALC-Schleife danach geschlossen wird. Entsprechend gibt es eine Möglichkeit, dass die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes während dieser Operation variieren kann. Da AGC in jeder der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten kontinuierlich durchgeführt wird, gibt es ferner eine Möglichkeit, dass die Ausgangsleistung pro Wellenlängenkanal bei einer Schaltung der Steuerung des variablen optischen Dämpfungsgliedes variieren kann.
  • Die Literaturstelle Suzuki et al, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, Seiten 734–736, 1998, offenbart einen optischen Verstärker, umfassend zwei Verstärkungseinheiten, ein variables optisches Dämpfungsglied, das zwischen den zwei Verstärkungseinheiten verbunden ist, eine automatische Verstärkungssteuerschaltung in jeder Verstärkungseinheit und eine automatische Pegelsteuerschaltung, die das Dämpfungsglied gemäß der Ausgangsleistung von dem Verstärker steuert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Verstärker, der auf WDM anwendbar ist, und ein Steu erverfahren dafür vorzusehen, die einen Steuerungsfehler beim Durchführen von AGC und ALC unterdrücken können, eine komplizierte Konfiguration beseitigen können und leicht auf eine Änderung der Zahl von Wellenlängenkanälen reagieren können.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Verstärker vorgesehen, inkludierend erste und zweite optische Verstärkungseinheiten; ein variables optisches Dämpfungsglied, das zwischen den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten optisch verbunden ist; eine erste Steuereinheit zum Steuern der Verstärkungen der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten gemäß einem Eingang zu der ersten optischen Verstärkungseinheit und einem Ausgang von der zweiten optischen Verstärkungseinheit; und eine zweite Steuereinheit zum Steuern der Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes gemäß einem Eingang zu und einem Ausgang von der ersten optischen Verstärkungseinheit und einem Eingang zu und einem Ausgang von der zweiten optischen Verstärkungseinheit.
  • Z.B. steuert die erste Steuereinheit die Verstärkungen der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten so, dass die Ausgangsleistung von dem optischen Verstärker konstant wird; und die zweite Steuereinheit steuert die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes so, dass die Summe der Verstärkungen der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten konstant wird.
  • Mit dieser Konfiguration wird ALC nicht in dem variablen optischen Dämpfungsglied durchgeführt, sondern es sind AGC-Schaltungen geeignet kombiniert, um ALC im wesentlichen in dem optischen Verstärker als ein ganzes durchzuführen, wobei dadurch das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
  • In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerverfahren für einen optischen Verstärker vorgesehen, inkludierend erste und zweite optische Verstärkungseinheiten und ein variables optisches Dämpfungsglied, das zwischen den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten optisch verbunden ist. Dieses Verfahren inkludiert die Schritte zum Steuern der Verstärkungen der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten gemäß einem Eingang zu der ersten optischen Verstärkungseinheit und einem Ausgang von der zweiten optischen Verstärkungseinheit; und Steuern der Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes gemäß einem Eingang zu und einem Ausgang von der ersten optischen Verstärkungseinheit und einem Eingang zu und einem Ausgang von der zweiten optischen Verstärkungseinheit.
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise für ihre Realisierung werden offensichtlicher, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden aus einer Untersuchung der folgenden Beschreibung und der angefügten Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Basiskonfiguration eines optischen Verstärkers zeigt, auf den AGC und ALC angewendet werden;
  • 2 ist eine Grafik zum Veranschaulichen des Betriebs des optischen Verstärkers, der in 1 gezeigt wird;
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine spezifische Konfiguration einer AGC-Schaltung 36 zeigt, die in 3 gezeigt wird; und
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das eine spezifische Konfiguration einer AGC-Schaltung 38 zeigt, die in 3 gezeigt wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine optimale Konfiguration zum Ausführen von sowohl AGC als auch ALC in einem optischen Verstärker zeigt. Eine AGC-Einheit 6, eine ALC-Einheit 8 und eine AGC-Einheit 10 sind in dieser Reihenfolge zwischen einem Eingangsende 2 und einem Ausgangsende 4 optisch verbunden. Z.B. wird jede der AGC-Einheiten 6 und 10 durch einen EDFA vorgesehen, und die ALC-Einheit 8 wird durch ein variables optisches Dämpfungsglied vorgesehen.
  • In der AGC-Einheit 6, die in der Vorderstufe angeordnet ist, wird optische Verstärkung durch AGC inkludierend Variationen in der Leistung von Eingangssignallicht ausgeführt. In der ALC-Einheit 8 wird die Leistung vom Ausgangssignallicht gesteuert konstant zu werden, sodass die Steuerung so durchgeführt wird, um Variationen in der Leistung vom Eingangssignallicht zu unterdrücken. In dem Fall, dass Leistungsvariationen ausreichend langsamer als die Zeitkonstante der Steuerung in der ALC-Einheit 8 sind, können entsprechend die Leistungsvariationen des Eingangssignallichtes in der ALC-Einheit 8 vollständig unterdrückt werden. Durch Einstellen des fol genden Wertes als einen Zielsteuerwert kann ferner die Leistung vom Signallicht in dem Ausgangsende 4 indirekt zu einem gewünschten Wert in der ALC-Einheit 8 gesteuert werden. PALC[dBm] = PSIGOUT – GBwobei PSIGOUT der Zielwert [dBm] vom Signallicht in dem Ausgangsende 4 ist und GB die eingestellte Verstärkung [dB] in der AGC-Einheit 10 ist, die in der hinteren Stufe angeordnet ist.
  • In der AGC-Einheit 10, die in der hinteren Stufe angeordnet ist, ist die Leistung vom Eingangssignallicht konstant, da die Leistungsvariationen durch die ALC-Einheit 8 unterdrückt wurden. Entsprechend wird die Leistung vom Ausgangssignallicht gemäß dem Betrieb der AGC-Einheit 10 auch konstant, und der Wert dieser konstanten Leistung wird gleich der Zielleistung in dem Ausgangsende 4.
  • Bezug nehmend auf 2 wird der Betrieb in der Konfiguration, die in 1 gezeigt wird, schematisch gezeigt. In 2 bezeichnet A Änderungen in der Signallichtleistung in dem Eingangsende 2, B bezeichnet Änderungen in der Signallichtleistung in dem Eingang der ALC-Einheit 8, C bezeichnet Änderungen in der Signallichtleistung in dem Eingang der AGC-Einheit 10 und D bezeichnet Änderungen in der Signallichtleistung in dem Ausgangsende 4. Eine Ausgabe von der AGC-Einheit 6 spiegelt Änderungen in der Signallichtleistung in dem Eingangsende 2 wider, und Änderungen in der Ausgabe von der AGC-Einheit 6 werden gemäß dem Betrieb der ALC-Einheit 8 unterdrückt. Dann wird die Signallichtleistung, deren Änderungen unterdrückt wurden, mit einer konstanten Verstärkung durch die AGC-Einheit 10 verstärkt.
  • In der Konfiguration, die in 1 gezeigt wird, ist die ALC-Einheit 8 unabhängig vorgesehen und es gibt deshalb ein Problem, dass eine Änderung in der Zahl von WDM-Kanälen nicht leicht unterstützt werden kann, wie oben beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Problem durch geeignetes Kombinieren von AGC-Schaltungen gelöst werden, um dadurch im wesentlichen eine Funktion von ALC zu erhalten.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser optische Verstärker ist durch optisches Kaskadieren einer ersten optischen Verstärkungseinheit 16, eines variablen optischen Dämpfungsgliedes (VOA) 18 und einer zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 zwischen einem Eingangsende 12 und einem Ausgangsende 14 konfiguriert.
  • Signallicht, das dem Eingangsende 12 zugeführt wird und durch die erste optische Verstärkungseinheit 16 zu verstärken ist, wird durch einen optischen Koppler 22 und einen WDM-Koppler 24 in dieser Reihenfolge einer EDF (Erbiumfaser) 26 zugeführt. Pumplicht von einer Laserdiode (LD) 28 wird durch den WDM-Koppler 24 der EDF 26 zugeführt, wobei dadurch eine Verstärkung gemäß der Leistung des Pumplichtes erhalten wird. Das Signallicht, das in der EDF 26 verstärkt wird, wird durch einen optischen Koppler 30 weitergegeben und dann von der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 ausgegeben.
  • Ein Fotodetektor (PD) 32 ist vorgesehen, um den Eingang zu der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 zu überwachen, und ein Fotodetektor 34 ist vorgesehen, um den Ausgang von der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 zu überwachen. Der Fotodetektor 32 konvertiert das Signallicht, das durch den optischen Koppler 22 gesplittet wird, in ein elektrisches Signal, und der Fotodetektor 34 konvertiert das Signallicht, das durch den optischen Koppler 30 gesplittet wird, in ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal von dem Fotodetektor 32 wird einer AGC-Schaltung 36 als die erste Steuereinheit zugeführt, und die elektrischen Signale von den Fotodetektoren 32 und 34 werden einer AGC-Schaltung 38 als die zweite Steuereinheit zugeführt.
  • Das Signallicht, das durch die erste optische Verstärkungseinheit 16 verstärkt wird, wird durch das variable optische Dämpfungsglied 18 gedämpft und dann der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 zugeführt. Das Signallicht, das der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 zugeführt wird, wird durch einen optischen Koppler 40 und einen WDM-Koppler 42 in dieser Reihenfolge einer EDF 44 zugeführt. Pumplicht von einer Laserdiode 46 wird durch den WDM-Koppler 42 der EDF 44 zugeführt, wobei dadurch eine Verstärkung gemäß der Leistung des Pumplichtes erhalten wird. Das Signallicht, das in der EDF 44 verstärkt wird, wird durch einen optischen Koppler 48 weitergegeben und dann von dem Ausgangsende 14 ausgegeben.
  • Ein Fotodetektor 50 ist vorgesehen, um den Eingang zu der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 zu überwachen, und ein Fotodetektor 52 ist vorgesehen, um den Ausgang von der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 zu überwachen. Der Fotodetektor 50 konvertiert das Signallicht, das durch den optischen Koppler 40 gesplittet wird, in ein elektrisches Signal, und der Fotodetektor 52 konvertiert das Signallicht, das durch den optischen Koppler 48 gesplittet wird, in ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal von dem Fotodetektor 52 wird der AGC-Schaltung 36 zugeführt, und die elektrischen Signale von den Fotodetektoren 50 und 52 werden der AGC-Schaltung 38 zugeführt.
  • Ein Steuersignal wird von der AGC-Schaltung 36 zu den Laserdioden 28 und 45 als die Pumpquellen zugeführt, wobei dadurch die Gesamtverstärkung in dem optischen Verstärker als ein ganzes, der von dem Eingangsende 12 zu dem Ausgangsende 14 erreicht, zu einem Zielwert gesteuert wird. Andererseits steuert die AGC-Schaltung 38 die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18 so, dass die Summe der Verstärkung in der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 und der Verstärkung in der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 konstant wird.
  • Bezug nehmend auf 4 wird eine spezifische Konfiguration der AGC-Schaltung 36 zum Steuern der Verstärkungen in den optischen Verstärkungseinheiten 16 und 20 gezeigt, die in 3 gezeigt werden. Der Fotodetektor 32 und ein Widerstand R1 sind zwischen einer Energieleitung Vcc und der Masse in Reihe verbunden, um dadurch eine umgekehrte Vorspannung an den Fotodetektor 32 anzulegen, sodass ein Fotostrom gemäß dem Eingang zu der optischen Verstärkungseinheit 16 durch den Fotodetektor 32 und den Widerstand R1 fließt, und ein Potenzial in einem Verbindungspunkt zwischen dem Fotodetektor 32 und dem Widerstand R1 kann als ein Spannungssignal extrahiert werden. Ein Kondensator Cl ist parallel mit dem Widerstand R1 verbunden, um eine Signalkomponente abzutrennen und einen Durchschnittspegel des Eingangs zu der optischen Verstärkungseinheit 16 zu erhalten.
  • Ähnlich sind der Fotodetektor 52 und ein Widerstand R2 zwischen der Energieleitung Vcc und der Masse in Reihe verbunden, und ein Kondensator C2 ist parallel mit dem Widerstand R2 so verbunden, um ein Spannungssignal gemäß dem Ausgang von der optischen Verstärkungseinheit 20 zu erhalten, die in der hinteren Stufe angeordnet ist.
  • Das Spannungssignal durch den Fotodetektor 32 wird durch einen VCA (spannungsgesteuerter Verstärker, voltage-controlled amplifier) 54 verstärkt, dessen Verstärkung variabel ist, und dann einem der Eingangsports eines Differenzialverstärkers 66 zugeführt. Andererseits wird das Spannungssignal durch den Fotodetektor 52 durch einen Verstärker 56 verstärkt, dessen Verstärkung fixiert ist, und dann dem anderen Eingangsport des Differenzialverstärkers 66 zugeführt.
  • Die Ausgaben von dem VCA 54 und dem Verstärker 56 werden in digitale Signale durch Analog-/Digital-Konverter (ADC) 58 bzw. 60 konvertiert, und die so erhaltenen digitalen Signale werden einer CPU 64 zugeführt. Ferner wird ein digitales Signal, das durch Berechnung in der CPU 64 erhalten wird, in ein Spannungssignal durch einen Digital-/Analog-Konverter (DAC) 62 konvertiert, und die Verstärkung des VCA 54 wird gemäß dem Spannungssignal abgestimmt.
  • Ein Verstärker 68, ein Transistor 70 und ein Widerstand R3 sind vorgesehen, um die Laserdiode 28 als die Pumpquelle anzusteuern. Ähnlich sind ein Verstärker 72, ein Transistor 74 und ein Widerstand R4 vorgesehen, um die Laserdiode 46 als die Pumpquelle anzusteuern. Die Laserdioden 28 und 46 werden gemäß einer Ausgabe von dem Differenzialverstärker 66 angesteuert.
  • Wenn V_Amp1OUT und V_VCAOUT jeweils die Ausgangspegel von dem Verstärker 56 und dem VCA 54 bezeichnen, sind die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 und die Verstärkungen des Verstärkers 56 und des VCA 54 so eingestellt, um die folgende Beziehung zu erfüllen. Wenn die Eingangsleistung, Ausgangsleistung und Verstärkung des optischen Verstärkers x[dB], x + A[dB] bzw. A[dB] sind, stimmen V_Amp1OUT und V_VCAOUT miteinander über ein, um y[V] zu werden. Dies bedeutet, dass das Verhältnis in Fotoerfassungsempfindlichkeit [V/W] zwischen Überwachungsschaltungen jeweils bezüglich der Fotodetektoren 32 und 52 auf 10(AMP_G/10) eingestellt ist, wobei AMP_G die Verstärkung des optischen Verstärkers ist.
  • Da A konstant ist, variiert die Ausgangssignallichtleistung mit Variationen in der Eingangssignallichtleistung pro Wellenlängenkanal. Um dies zu bewältigen, führt die CPU 64 eine Berechnung so durch, dass die Ausgangssignallichtleistung auf einen Zielwert fixiert ist, und stimmt die Verstärkung des VCA 54 gemäß dem Ergebnis dieser Berechnung ab.
  • Auf diese Art und Weise kann ALC im wesentlichen durch Steuern der Verstärkungen in den optischen Verstärkungseinheiten 16 und 20 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform durchgeführt werden. Im Vergleich zu dem Fall, wo ALC durch Verwenden eines variablen optischen Dämpfungsgliedes im Stand der Technik durchgeführt wird, kann entsprechend die Notwendigkeit für eine beschwerliche Umschaltung beim Ändern der Zahl von Betriebskanälen beseitigt werden.
  • Bezug nehmend auf 5 wird eine spezifische Konfiguration der AGC-Schaltung 38 gezeigt, die in 3 gezeigt wird. Die Spannungssignale durch die Fotodetektoren 32 und 34 werden in digitale Signale durch Analog-/Digital-Konverter 62 bzw. 64 konvertiert, und die so erhaltenen digitalen Signale werden in eine CPU 70 so eingegeben, um den Eingang zu und den Ausgang von der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 zu überwachen. Ähnlich werden die Spannungssignale durch die Fotodetektoren 50 und 52 in digitale Signale durch Analog-/Digital-Konverter 66 bzw. 68 konvertiert, und die so erhaltenen digitalen Signale werden in die CPU 70 so eingegeben, um den Eingang zu und den Ausgang von der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 zu überwachen.
  • Die CPU 70 kalkuliert eine Bedingung (speziell die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18), um die Summe der Verstärkung, die in der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 generiert wird, und der Verstärkung, die in der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 generiert wird, konstant zu machen. Das Ergebnis dieser Kalkulation wird in ein Spannungssignal durch einen Digital-/Analog-Konverter 74 konvertiert, und das so erhaltene Spannungssignal wird einer Ansteuerschaltung für das variable optische Dämpfungsglied 18 inkludierend einen Verstärker 76, einen Transistor 78 und einen Widerstand R7 zugeführt.
  • Nun werden die Steuerung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18 und eines technischen Effektes, der durch diese Steuerung erhalten wird, spezieller beschrieben.
  • Falls die Steuerung nur durch die AGC-Schaltung 36 durchgeführt wird, die in 4 gezeigt wird, kann die Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung in dem Wellenlängenband von WDM-Signallicht nicht konstant gehalten werden, sodass es eine Möglichkeit einer Verschlechterung von Übertragungscharakteristika wegen der Generierung einer Verstärkungsabweichung (Verstärkungsneigung) gibt. In der Konfiguration, dass eine Vielzahl von optischen Verstärkern kaskadiert sind, kann die Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung durch Steuern der Verstärkung von jedem optischen Verstärker auf einen konstanten Wert konstant gehalten werden. Als ein anderer Weg kann die Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung durch Steuern der Summe der Verstärkungen der vielen optischen Verstärker auf einen konstanten Wert konstant gehalten werden.
  • Wenn G_A'[dB] und G_B'[dB] jeweils die tatsächlichen Verstärkungen in den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten 16 und 20 bezeichnen und G_A[dB] und G_B[dB] jeweils die Zielverstärkungen in den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten 16 und 20 bezeichnen, besteht die grundsätzliche Steuerung darin, die Beziehungen von G_A' = G_A und G_B' = G_B zu erfüllen.
  • Die Steuerung im Stand der Technik wird so durchgeführt, dass wenn die Verstärkung in der ersten optischen Verstärkungseinheit 16 um ΔG[dB] verringert wird, die Verstärkung in der zweiten optischen Verstärkungseinheit 20 um ΔG[dB] erhöht wird. Als ein Ergebnis wird die Beziehung von G_A' + G_B' = G_A + G_B im wesentlichen erfüllt, um dadurch die Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung in dem optischen Verstärker als Ganzes konstant zu halten. Es ist jedoch AGC in jeder der ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten notwendig und eine Funktion zum Austauschen von ΔG zwischen den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten ist auch notwendig, sodass es schwierig ist, eine AGC hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
  • In dieser bevorzugten Ausführungsform führt das variable optische Dämpfungsglied 18 die Steuerung durch, um die Summe der Verstärkungen in den ersten und zweiten optischen Verstärkungseinheiten konstant zu machen, wobei dadurch das obige Problem gelöst wird.
  • Die CPU 70 kalkuliert die Summe EDF_G' der Verstärkungen in den optischen Verstärkungseinheiten 16 und 20 in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck. EDF_G' = G_A' + G_B' = (OUT1MON – IN1MON) + (OUT2MON – IN2MON)wobei IN1MON, OUT1MON, IN2MON und OUT2MON die überwachten Werte von optischen Leistungen durch die Fotodetektoren 32, 34, 50 bzw. 52 sind.
  • Dann wird der Vergleich zwischen EDF_G' und EDF_G als ein Zielwert von EDF_G' durchgeführt und die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18 wird so gesteuert, dass die Differenz zwischen EDF_G' und EDF_G in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck Null wird. EDF_G' = (OUT2MON – IN1MON) + (OUT1MON – IN2MON) = AMP_G + VOA_Lwobei AMP_G die Gesamtverstärkung in dem optischen Verstärker ist und VOA_L die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18 ist.
  • Entsprechend kann die Dämpfung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18 leicht so gesteuert werden, um die Beziehung von VOA_L = EDF_G – AMP_G zu erfüllen.
  • Auf diese Art und Weise wird die Wellenlängencharakteristik der Gesamtverstärkung in dem optischen Verstärker durch Steuern des variablen optischen Dämpfungsgliedes 18 in dieser bevorzugten Ausführungsform konstant gehalten. Im Vergleich zu dem Fall, wo AGC in jeder aus einer Vielzahl von optischen Verstärkungseinheiten durchgeführt wird, um die Wellenlängencharakteristik von Verstärkung in jeder Einheit konstant zu halten, wie im Stand der Technik, kann entsprechend die Steuerungskonfiguration des optischen Verstärkers in dieser bevorzugten Ausführungsform vereinfacht werden, um dadurch AGC hoher Geschwindigkeit zu unterstützen.
  • Wie oben beschrieben ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen optischen Verstärker, der auf WDM anwendbar ist, und ein Steuerverfahren dafür vorzusehen, die einen Steuerfehler beim Durchführen von AGC und ALC unterdrücken können, eine komplizierte Konfiguration eliminieren können und leicht auf eine Änderung in der Zahl von Wellenlängenkanälen reagieren können.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform begrenzt. Der Bereich der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert, und alle Änderungen und Modifikationen, wie sie innerhalb der Entsprechung des Bereichs der Ansprüche fallen, sind deshalb durch die Erfindung zu umspannen.

Claims (12)

  1. Optischer Verstärker, der Folgendes umfasst: eine erste (16) und eine zweite (20) optische Verstärkereinheit; einen variablen optischen Dämpfer (18), der zwischen der ersten und der zweiten optischen Verstärkereinheit optisch verbunden ist; gekennzeichnet durch: eine erste Steuereinheit (36) zum Steuern der Verstärkungswerte der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit entsprechend einem Eingangssignal an die erste optische Verstärkereinheit (16) und einem Ausgangssignal von der zweiten optischen Verstärkereinheit (20); und eine zweite Steuereinheit (38) zum Steuern der Dämpfung des variablen optischen Dämpfers (18) entsprechend einem Eingangssignal an die erste optische Verstärkereinheit (16) und einem Ausgangssignal von der ersten optischen Verstärkereinheit (16) und einem Eingangssignal an die zweite optische Verstärkereinheit (20) und einem Ausgangssignal von der zweiten optischen Verstärkereinheit (20).
  2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei: die erste Steuereinheit (36) die Verstärkungswerte der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit dergestalt steuert, dass die Ausgangsleistung vom optischen Verstärker konstant wird; und die zweite Steuereinheit (38) die Dämpfung des variablen optischen Dämpfers (18) dergestalt steuert, dass die Summe der Verstärkungswerte der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit konstant wird.
  3. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei: sowohl die erste (16) als auch die zweite (20) optische Verstärkereinheit ein optisches Verstärkungsmedium (26, 44) und eine Pumpquelle (28, 46) zum Zuführen von Pumplicht zu dem optischen Verstärkungsmedium enthält; und die Verstärkung sowohl der ersten (16) als auch der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit entsprechend der von der Pumpquelle (28, 46) kommenden Pumplicht-Ausgangsleistung gesteuert wird.
  4. Optischer Verstärker, der des Weiteren Folgendes umfasst: einen ersten (22) und einen zweiten (34) Photodetektor zum Umwandeln des Eingangssignals zu der ersten optischen Verstärkereinheit (16) und des Ausgangssignals von der ersten optischen Verstärkereinheit (16) in elektrische Signale sowie einen dritten (50) und einen vierten (52) Photodetektor zum Umwandeln des Eingangssignals zu der zweiten optischen Verstärkereinheit (20) und des Ausgangssignals von der zweiten optischen Verstärkereinheit (20) in elektrische Signale; wobei die elektrischen Signale vom ersten (32) und vierten (52) Photodetektor zu der ersten Steuereinheit (36) geleitet werden; wobei die elektrischen Signale vom ersten bis vierten Photodetektor (32, 34, 50, 52) zu der zweiten Steuereinheit (38) geleitet werden.
  5. Optischer Verstärker nach Anspruch 4, wobei die erste Steuereinheit (36) Mittel zum Steuern der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit enthält, dergestalt, dass der Niveauunterschied zwischen den elektrischen Signalen vom ersten (32) und vierten (52) Photodetektor auf einen Sollwert ausgeglichen wird.
  6. Optischer Verstärker nach Anspruch 4, wobei die zweite Steuereinheit (38) Mittel zum Steuern der Dämpfung des variablen optischen Dämpfers (18) enthält, dergestalt, dass die Summe des Niveauunterschiedes zwischen den elektrischen Signalen von dem ersten (32) und dem zweiten (34) Photodetektor und des Niveauunterschiedes zwischen den elektrischen Signalen von dem dritten (50) und dem vierten (52) Photodetektor konstant wird.
  7. Steuerungsverfahren für einen optischen Verstärker, der eine erste (16) und eine zweite (20) optische Verstärkereinheit und einen variablen optischen Dämpfer (18), der zwischen der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit optisch verbunden ist, umfasst, wobei das Steuerungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte umfasst: (a) Steuern der Verstärkungswerte der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit entsprechend einem Eingangssignal an die erste optische Verstärkereinheit (16) und einem Ausgangssignal von der zweiten optischen Verstärkereinheit (20); und (b) Steuern der Dämpfung des variablen optischen Dämpfers (18) entsprechend einem Eingangssignal an die erste optische Verstärkereinheit (16) und einem Ausgangssignal von der ersten optischen Verstärkereinheit (16) und einem Eingangssignal an die zweite optische Verstärkereinheit (20) und einem Ausgangssignal von der zweiten optischen Verstärkereinheit (20).
  8. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei: der Schritt (a) einen Schritt enthält, bei dem die Verstärkungswerte der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit dergestalt steuert werden, dass die Ausgangsleistung vom optischen Verstärker konstant wird; und der Schritt (b) einen Schritt enthält, bei dem die Dämpfung des variablen optischen Dämpfers (18) dergestalt steuert wird, dass die Summe der Verstärkungswerte der ersten (16) und der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit konstant wird.
  9. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei: sowohl die erste (16) als auch die zweite (20) optische Verstärkereinheit ein optisches Verstärkungsmedium (26, 44) und eine Pumpquelle (28, 46) zum Zuführen von Pumplicht zu dem optischen Verstärkungsmedium enthält; und die Verstärkung sowohl der ersten (16) als auch der zweiten (20) optischen Verstärkereinheit entsprechend der von der Pumpquelle (28, 46) kommenden Pumplicht-Ausgangsleistung gesteuert wird.
  10. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: Umwandeln des Eingangssignals zu der ersten optischen Verstärkereinheit (16) und des Ausgangssignals von der ersten optischen Verstärkereinheit (16) in ein erstes bzw. ein zweites elektrisches Signal, und Umwandeln des Eingangssignals zu der zweiten optischen Verstärkereinheit (20) und des Ausgangssignals von der zweiten optischen Verstärkereinheit (20) in ein drittes bzw. ein viertes elektrisches Signal; wobei der Schritt (a) den Schritt des Empfangens des ersten und des vierten elektrischen Signals enthält und der Schritt (b) den Schritt des Empfangens des ersten bis vierten elektrischen Signals enthält.
  11. Steuerungsverfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (a) des Weiteren einen Schritt enthält, bei dem die erste (16) und die zweite (20) optische Verstärkereinheit dergestalt gesteuert werden, dass der Niveauunterschied zwischen dem ersten und dem vierten elektrischen Signal auf einen Sollwert ausgeglichen wird.
  12. Steuerungsverfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (b) des Weiteren einen Schritt enthält, bei dem die Dämpfung des variablen optischen Dämpfers (18) dergestalt gesteuert wird, dass die Summe des Niveauunterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal und des Niveauunterschiedes zwischen dem dritten und dem vierten elektrischen Signal konstant wird.
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