JP2003174421A - 光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長多重光を増幅する光増幅器において、各
信号光の出力レベルの安定化を図る。 【解決手段】 波長多重光は、ＥＤＦ４１ａおよびＥＤ
Ｆ４１ｂにより増幅される。ＥＤＦ４１ａ、ＥＤＦ４１
ｂの利得は、それぞれＡＧＣ回路４３ａ、ＡＧＣ回路４
３ｂにより一定の値に保持される。ＥＤＦ４１ａとＥＤ
Ｆ４１ｂとの間には、可変減衰器４２が設けられてい
る。可変減衰器４２における損失は、出力パワーが監視
制御信号により指示される所定の値に保持されるよう
に、ＡＬＣ回路４４により制御される。ＡＧＣ回路４３
ａ、４３ｂの時定数は、それぞれＥＤＦ４１ａ、ＥＤＦ
４１ｂの応答時間と比べて十分に短い。ＡＬＣ回路４４
の時定数は、監視制御信号が各光ノードに伝達されるま
での時間と比べて十分に長い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅器および光
通信システムに係わり、特に、波長多重光を増幅する光
増幅器および波長多重光通信システムに係わる。

【０００２】

【従来の技術】インターネットや画像伝送サービス等の
普及に伴い、ネットワークを介して伝送される情報の量
が急速に増加しており、これに対応するために波長多重
（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）光通信シ
ステムの導入が進められてきている。そして、波長多重
光通信システムは、長距離幹線系だけでなく、都市内リ
ング（メトロリング）網にも導入されるようになってき
ている。

【０００３】長距離幹線系では、通常、所定間隔ごとに
光増幅器が設けられており、各光増幅器は、状況に応じ
て、ＡＬＣ（Automatic Level Control ）モードまたは
ＡＧＣ（Automatic Gain Contorol ）モードで波長多重
光を増幅する。ここで、ＡＬＣモードは、光増幅器の出
力を一定のレベルに保持する動作モードであり、ＡＧＣ
モードは、光増幅器の利得を一定の値に保持する動作モ
ードである。

【０００４】各光増幅器は、通常時は、レベルダイヤを
安定させるためにＡＬＣモードで動作する。そして、波
長多重光の波長数が増加または減少する時に、レベル変
動を抑えるために、各光増幅器の動作モードが端局から
の制御信号に従ってＡＬＣモードからＡＧＣモードに切
り替えられる。ここで、ＡＬＣの時定数（応答時間）
は、ＡＬＣ回路の実現が容易であり且つＰＤＬ（Poliza
tion Dependent Loss ）の影響を抑えるために、数１０
〜数１００ｍｓに設定されている。一方、ＡＧＣの時定
数（応答時間）は、数１０ｍｓに設定されている。な
お、「ＡＬＣの時定数（応答時間）」とは、一義的では
ないが、例えば、光増幅器の入力／出力レベルが変動し
た時から、出力レベルが保持すべき一定のレベルに戻る
ように励起光パワー又は可変減衰器における損失が適切
に調整されるまでの時間を意味する。一方、「ＡＧＣの
時定数（応答時間）」とは、一義的ではないが、例え
ば、光増幅器の入力／出力レベルが変動した時から、光
増幅器の利得が保持すべき一定の値に戻るように励起光
パワーが適切に調整されるまでの時間を意味する。ちな
みに、ＡＬＣモードおよびＡＧＣモードを備える光増幅
器は、例えば、特開２０００−１５１５１５号公報に詳
しく記載されている。

【０００５】都市内リング網では、通常、複数の光ノー
ドがリング状に接続されており、各光ノードの中に上述
の光増幅器が設けられている。ここで、都市内リング網
は、長距離幹線系システムと比べて、以下の理由によ
り、波長多重光の波長数が変更される頻度が高い。

【０００６】（１）需要に応じて任意の光ノード間でパ
スが設定／削除される。 （２）ＩＰネットワークに適したＩＰover ＷＤＭにお
いては、ＷＤＭシステムによりプロテクション機能が提
供されることが望まれている。ここで、このプロテクシ
ョン機能は、ビットレート無依存性の要望を考慮する
と、光レイヤ層で波長を切り替える方式が有力である。
しかし、この方式では、波長数の過渡的な増加／減少が
生じる。

【０００７】（３）将来的には、波長の時間貸しサービ
スが行われると見込まれている。この場合、任意の光ノ
ード間で頻繁にパスが設定／削除される。このように、
都市内リング網では、波長多重光の波長数が頻繁に変化
する。そして、各光ノードの光増幅器は、波長数が変化
するごとに動作モードを適切に切り替えながら波長多重
光を増幅する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光通信シス
テムの低コスト化を図るためには、基本的には、光ノー
ドまたは光増幅器を構成する部品の低コスト化を図る必
要がある。そして、一実施形態としては、受信部の構成
として直前に光増幅器を配置して受光素子（ＰＩＮフォ
トダイオード）と組み合わせて用いることにより、比較
的安価で受光素子そのもので増幅機能を有するなアバラ
ンシェフォトダイオードを利用する構成が実施されてい
る。

【０００９】ところが、１０Ｇｂ／ｓの伝送速度になる
と、このような受光素子は、一般に、ダイナミックレン
ジが狭く、波長多重光のチルト、光部品の損失特性のば
らつき、外部環境の変化などを考慮すると、光増幅器の
出力レベルが安定している必要がある。例えば、１０Ｇ
ｂｐｓの場合、安価な受光素子のダイナミックレンジは
１０ｄＢ程度である。ここで、光ノードの受信回路に設
けられる分波器の損失のばらつきは±２ｄＢ程度であ
り、波長多重光のチルト（光レベルの波長依存性）も±
２ｄＢ程度である。また、周囲の気温の変化幅が６０度
であったとすると、伝送路の長さを１００ｋｍとした場
合、光レベルが最大１．８ｄＢ程度変動してしまう。し
たがって、光増幅器の出力レベルが不安定になると、受
信エラーが発生することになる。

【００１０】しかし、既存の光増幅器では、以下の理由
により、その出力レベルの変動を抑えることが難しかっ
た。 （１）光増幅器は、上述したように、通常時はＡＬＣモ
ードで動作し、波長多重光の波長数が変化したときにＡ
ＧＣモードで動作する。このとき、波長数情報は、たと
えば、各光ノードを介して伝送される制御信号により通
知される。しかし、この制御信号は、通常、各ノードに
おいて電気信号に変換されてから解釈され、その後、再
び光信号に変換されて３Ｒ（信号再生、波形再生、タイ
ミング再生）動作を行いながら次の光ノードに転送され
るようになっている。このため、波長多重光の波長数が
変化してから波長数情報が各光ノードに到着するまで
に、数１００ｍ秒〜数秒かかることがあった。一方、Ａ
ＬＣモードでは、通常、光増幅器の出力レベルが波長多
重光の波長数に対応する一定の値になるように制御され
る。このとき、波長数は、上述の波長数情報により通知
される。したがって、光増幅器は、波長数が変化してか
ら波長数情報が通知されるまでの間（上述の例では、数
１００ｍ秒〜数秒）は、変化前の波長数に対応する出力
レベルを維持するように動作することになり、各波長ご
とのレベルが変動してしまう。例えば、波長多重光の波
長数が３波長から５波長に増加した場合は、ＡＬＣモー
ドで動作している光増幅器は、波長数情報を受信するま
での期間は、３波長が多重されているものとして波長多
重光を増幅するので、各波長ごとの出力レベルが大きく
低下してしまう。

【００１１】（２）ＡＧＣモードでは、入力レベルが変
動すると、その変動に応じて励起光パワーが調整される
ことにより、一定の利得が保持されるように出力パワー
が変化する。しかし、ＡＧＣモードの時定数としては、
一般に、光増幅器の応答時間よりも長い値が設定されて
いる。ここで、「光増幅器の応答時間」とは、一義的で
はないが、例えば、光増幅器の増幅媒体に供給される励
起光のパワーが変化した時から、その増幅媒体において
その励起光パワーに対応する励起状態が得られるまでの
時間を意味する。このため、光増幅器がＡＧＣモードで
動作している場合には、入力レベルが変動した時に、励
起光パワーがそれに追従できず、過渡的に適切な利得が
得られない状態が発生してしまう。例えば、波長多重光
の波長数が減少することによりトータル入力パワーが低
下した場合は、ＡＧＣモードで動作している光増幅器
は、励起光パワーが適切に調整されるまでの期間は、ト
ータル入力パワーが低下する前の状態が継続しているも
のとして波長多重光を増幅するので、各波長ごとの出力
レベルが一時的に増加してしまう。

【００１２】（３）ＡＧＣモードでは、入力レベルと出
力レベルとの比が一定になるように励起光パワーが制御
されるが、光増幅媒体（例えば、エルビウム添加ファイ
バ）において生成されるＡＳＥ光により、信号利得が目
標値からずれてしまう。

【００１３】（４）ＡＧＣモードでは、入力レベルと出
力レベルとの比が一定になるように励起光パワーが制御
されるので、通信システムのプロテクション動作等にお
いて入力光が停止すると、利得制御系が不安定になる。
したがって、入力光が停止している状態から信号光が入
力される状態に遷ると、サージ（ここでは、光増幅器の
出力レベルが一時的に過大になる現象をいう）が発生す
る可能性がある。

【００１４】このように、既存の光増幅器は、入力レベ
ルが変化した場合（波長多重光の波長数が変化した場合
を含む）に、その出力レベルが変動することがあった。
本発明の課題は、波長多重光を増幅する光増幅器におい
て、安定した出力レベルが得られるようにすることであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の光増幅器は、波
長多重光を伝送する光通信システムにおいて使用される
複数の光増幅器の中の任意の光増幅器であって、光増幅
媒体および光減衰器を含む。そして、上記光増幅媒体の
利得を一定の値に保持する利得制御回路と、当該光増幅
器の出力レベルが上記光通信システム内の各光増幅器に
通知される制御信号に対応する値に保持されるように上
記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路を有
する。さらに、上記レベル制御回路の時定数が、上記制
御信号が上記光通信システム内の各光増幅器に通知され
るまでの時間よりも長い。

【００１６】入力波長多重光の波長数が変化すると、そ
れに応じて波長多重光の出力レベルが変動する。ただ
し、このとき、各波長ごとの出力レベルは変動しない。
上記レベル制御回路は、波長多重光の出力レベルが変動
すると、設定されている時定数に対応する速度で、その
出力レベルが元の状態に戻るように上記光減衰器におけ
る損失を調整する。この後、上記制御信号により波長多
重光の新たな波長数が通知されると、その制御信号に従
って当該光増幅器の動作が制御される。ここで、上記レ
ベル制御回路の時定数は、上記制御信号が当該光増幅器
に通知されるまでの時間よりも長い。このため、波長多
重光の波長数が変化したときから当該光増幅器が上記制
御信号を受信するまでの期間に、上記波長多重光の出力
レベルは、上記レベル制御回路によって大きく変動する
ことはない。したがって、波長多重光の各波長ごとの出
力パワーの変動は小さい。

【００１７】上記光増幅器において、上記レベル制御回
路は、上記制御信号により波長多重光の波長数が変化し
たことが通知された時に上記光減衰器における損失を固
定するようにしてもよい。この構成によれば、波長多重
光の波長数が変化した時に、光増幅器の動作モードが、
ＡＬＣ（自動レベル制御）で動作している状態からＡＧ
Ｃ（自動利得制御）で動作する状態に遷ることができ
る。

【００１８】本発明の他の態様の光増幅器は、光増幅媒
体、光減衰器、上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持
する利得制御回路、および当該光増幅器の出力レベルが
一定の値に保持されるように上記光減衰器における損失
を制御するレベル制御回路を備える。そして、上記利得
制御回路は、上記光増幅媒体の入力パワーおよび出力パ
ワーを検出する検出手段と、その検出手段により検出さ
れた入力パワーおよび出力パワーに基づいて上記光増幅
媒体の利得を算出する算出手段と、その算出手段により
算出された利得に従って上記光増幅媒体に供給すべき励
起光のパワーを制御する励起光制御手段を有し、上記算
出手段は、上記光増幅媒体において発生する自然放出光
パワーに対応する所定の値が加算された上記入力パワー
と、上記出力パワーとの比率に基づいて上記光増幅媒体
の利得を算出する。

【００１９】上記構成によれば、光増幅媒体の利得を算
出する際に、自然放出光の影響が排除される。このた
め、出力レベルは、信号に対する利得が一定になるよう
に正確に制御される。また、上記算出手段は、自然放出
光パワーに対応する所定の値が加算された入力パワーと
出力パワーとの比率に基づいて利得を算出する。したが
って、信号入力が停止した状態であっても、算出手段に
「ゼロ」が入力されることはなく、レベル制御回路の動
作は不安定になることが回避される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形
態の光増幅器が使用される光通信システムの一例の構成
図である。ここでは、リング状の伝送路を有する光通信
システムを採り上げるが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、２地点あるいは多地点が任意の経路で接続
される光通信システムに適用可能である。

【００２１】この光通信システムは、複数の光ノード１
が光ファイバによりリング状に接続された構成である。
ここで、各光ノード間は、それぞれ２本の光ファイバ
（時計回り回線、反時計回り回線）により接続されてお
り、２重リングが形成されている。そして、時計回り回
線および反時計回り回線を介してそれぞれ波長多重光が
伝送される。具体的には、時計回り回線では、波長λ
２、λ４、λ６、．．．を利用して現用系の信号が伝送
され、波長λ１、λ３、λ５、．．．を利用して予備系
信号（あるいは、優先度の低い信号）が伝送される。一
方、反時計回り回線では、波長λ１、λ３、λ
５、．．．を利用して現用系の信号が伝送され、波長λ
２、λ４、λ６、．．．を利用して予備系信号（或い
は、優先度の低い信号）が伝送される。

【００２２】各光ノード１は、光増幅器を備え、入力さ
れた波長多重光を増幅して次の光ノードへ送信する。ま
た、各光ノード１は、それぞれ１以上のクライアント回
線を収容することができる。そして、各光ノード１は、
幹線系回線（時計回り回線、反時計回り回線）から受信
した波長多重光の中の任意の信号光をクライアント回線
に導く機能（ドロップ機能）、およびクライアント回線
から受信した信号光を幹線系回線に多重する機能（アド
機能）を備えている。

【００２３】図２は、実施形態の光通信システムの制御
系を説明する図である。各光ノード１は、それぞれ監視
制御（ＯＳＣ）部１０を備えている。ここで、ＯＳＣ部
１０は、この光通信システムの動作状態を監視および制
御するための監視制御信号を生成／転送すると共に、受
信した監視制御信号に従って光増幅器等の動作を制御す
る。具体的には、受信器１１は、対応する光ノードから
受信した監視制御信号を電気信号に変換し、それを制御
回路に渡す。制御回路１２は、受信した監視制御信号に
従って自ノード内の光増幅器等を制御すると共に、必要
に応じてその監視制御信号を更新する。送信器１３は、
監視制御信号を光信号に変換して次の光ノードに送信す
る。ここで、ＯＳＣ部１０は、監視制御信号に対して３
Ｒ（信号再生、波形再生、タイミング再生）処理を行
う。なお、監視制御信号は、予め決められた所定の波長
（例えば、１５１０ｎｍ、１６２５ｎｍ）を利用して伝
送される。また、この監視制御信号は、少なくとも、幹
線系回線を介して伝送される波長多重光の波長数を表す
波長数情報を伝送する。

【００２４】このように、実施形態の光通信システム
は、監視制御信号によりその状態が監視され、また、そ
の動作が制御される。図３は、光ノードの構成図であ
る。ここで、光ノード１は、上述したように、幹線系回
線を介して伝送されてきた波長多重光を増幅する機能、
ドロップ機能、およびアド機能を備えている。なお、波
長多重光は、複数の信号光および監視制御信号を伝送す
るＯＳＣ光を含んでいる。

【００２５】入力された波長多重光は、光プリアンプ２
２により増幅された後、分波器２３により波長ごとに分
波される。なお、光プリアンプ２２の前段に設けられて
いるＷＤＭカプラ２１は、波長多重光の中に含まれてい
るＯＳＣ光を受信器１１に導く。分波器２３により波長
ごとに分波された信号光は、対応する光スイッチ２４に
導かれる。合波器２５は、光スイッチ２４から出力され
る複数の信号光を合波する。そして、合波器２５から出
力される波長多重光は、ポストアンプ２６により増幅さ
れた後、幹線系回線に出力される。なお、光プリアンプ
２６の後段に設けられているＷＤＭカプラ２７は、波長
多重光にＯＳＣ光を合波する。

【００２６】光スイッチ３１は、２本の幹線系回線（時
計回り回線、反時計回り回線）から導かれてくる信号光
を選択する。また、トランスポンダ（アド・ドロップ回
路）３２は、光スイッチ３１により選択された信号光を
クライアント回線に導くと共に、クライアント回線から
受信した信号光を光スプリッタ（分岐カプラ）３３を介
して光スイッチ３４ａ、３４ｂに導く。光スイッチ３４
ａ、３４ｂは、本信号と優先度の低い信号の選択を行
い、受信した信号光を対応する光スイッチ２４に導く。
そして、各光スイッチ２４は、それぞれ制御回路１２か
らの指示に従って、幹線系回線からの信号光またはクラ
イアント回線からの信号光を選択し、その選択した信号
光を合波器２５またはトランスポンダ３２に導く。

【００２７】図４および図５は、実施形態の光通信シス
テムにおけるプロテクション動作を説明する図である。
なお、「プロテクション動作」とは、ここでは、回線障
害等が発生した場合に、信号を伝送するためのパスまた
は経路を再設定する動作を意味する。

【００２８】図４は、障害が発生していない状態（非プ
ロテクション状態）を示している。ここで、実線は、現
用系信号を伝送するパスを示しており、破線は、予備系
信号（または、優先度の低い信号）を伝送するパスを示
している。

【００２９】図４において、反時計回り回線には、光ノ
ード１ａから光ノード１ｄへ現用系信号を伝送するため
の３本のパス（λ＃５、λ＃７、λ＃９）、光ノード１
ｂから光ノード１ｃへ現用系信号を伝送するための２本
のパス（λ＃１、λ＃３）、および光ノード１ａから光
ノード１ｂへ予備系信号を伝送するための２本のパス
（λ＃２、λ＃４）が設定されている。また、時計回り
回線には、光ノード１ｄから光ノード１ａへ現用系信号
を伝送するための３本のパス（λ＃６、λ＃８、λ＃１
０）、光ノード１ｃから光ノード１ｂへ現用系信号を伝
送するための２本のパス（λ＃２、λ＃４）、および光
ノード１ｂから光ノード１あへ予備系信号を伝送するた
めの２本のパス（λ＃１、λ＃３）が設定されている。

【００３０】幹線系回線を介して伝送される波長多重光
の波長数は、ロケーションごとに異なっている。例え
ば、光ノード１ｂと光ノード１ｃとの間の反時計回り回
線上では、５波長（λ１、λ３、λ５、λ７、λ９）が
多重された波長多重光が伝送される。従って、この場
合、光ノード１ｃにおいて反時計回り回線のために設け
られている光プリアンプは、５波長が多重された波長多
重光を増幅する。一方、光ノード１ｄと光ノード１ａと
の間の反時計回り回線上には、パスは設定されていな
い。従って、この場合、光ノード１ａにおいて反時計回
り回線のために設けられている光プリアンプには、波長
多重光は入力されていない。

【００３１】図５は、光ノード１ａと光ノード１ｂとの
間で障害が発生した状態（プロテクション状態）を示し
ている。この場合、障害が発生した伝送路を利用して設
定されていたパスのうち、現用系信号を伝送するための
パスは、他の経路を介して再設定される。具体的には、
図４において反時計回り回線上に設定されていた３本の
パス（λ＃５、λ＃７、λ＃９）は、時計回り回線上に
設定される３本のパス（λ＃５、λ＃７、λ＃９）とし
て再設定される。同様に、図４において時計回り回線上
に設定されていた３本のパス（λ＃６、λ＃８、λ＃１
０）は、反時計回り回線上に設定される３本のパス（λ
＃６、λ＃８、λ＃１０）として再設定される。一方、
障害が発生した伝送路を利用して伝送されていた優先度
の低い信号は停止される。

【００３２】この結果、光ノード１ｃには、反時計回り
回線を介して２波長が多重された波長多重光が入力され
る。すなわち、図５に示す障害が発生することにより、
光ノード１ｃにおいて反時計回り回線のために設けられ
ている光プリアンプに入力される波長多重光の波長数
は、「５」から「２」に減少することになる。一方、光
ノード１ａには、反時計回り回線を介して３波長が多重
された波長多重光が入力される。すなわち、図５に示す
障害が発生することにより、光ノード１ａにおいて反時
計回り回線のために設けられている光プリアンプに入力
される波長多重光の波長数は、「０」から「３」に増加
することになる。

【００３３】このように、実施形態の光通信システムで
は、障害の発生に起因してプロテクションが開始される
と、１または複数のノードにおいて、光増幅器に入力さ
れる波長多重光の波長数が変動する。そして、実施形態
の光増幅器は、このようにして波長多重光の波長数が変
動した場合であっても、出力レベルの変動が小さく抑え
られる。

【００３４】図６は、本発明の実施形態の光増幅器の基
本構成を示す図である。なお、この光増幅器は、各光ノ
ードに設けられ、例えば、図３に示す光プリアンプ２２
または光ポストアンプ２６に相当する。そして、ＡＧＣ
モードまたはＡＬＣモードで入力された波長多重光を増
幅する。

【００３５】この光増幅器は、２段増幅構成であり、光
増幅媒体としてのエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）４
１ａ、４１ｂを備える。なお、光増幅媒体は、エルビウ
ム添加ファイバに限定されるものではなく、他の形態の
希土類添加ファイバであってもよい。また、ＥＤＦ４１
ａとＥＤＦ４１ｂとの間には、光レベルを調整する可変
減衰器（ＶＡＴＴ）４２が設けられている。

【００３６】ＡＧＣ回路４３ａは、ＥＤＦ４１ａに励起
光を供給するための励起光源を備える。そして、ＥＤＦ
４１ａの入力レベル／出力レベルをモニタし、ＥＤＦ４
１ａの利得が予め決められた一定の値に保持されるよう
に励起光パワーを調整する。同様に、ＡＧＣ回路４３ｂ
は、ＥＤＦ４１ｂに励起光を供給するための励起光源を
備える。そして、ＥＤＦ４１ｂの入力レベル／出力レベ
ルをモニタし、ＥＤＦ４１ｂの利得が予め決められた一
定の値に保持されるように励起光パワーを調整する。Ａ
ＬＣ回路４４は、当該光増幅器の出力レベル（すなわ
ち、ＥＤＦ４１ｂの出力レベル）が所定の値に保持され
るように可変減衰器４２における損失を制御する。

【００３７】上記構成の光増幅器がＡＧＣモードで動作
するときは、光減衰器４２における損失は適切な値に固
定される。そして、ＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂは、ＥＤ
Ｆ４１ａ、４１ｂの利得を適切に制御する。一方、この
光増幅器がＡＬＣモードで動作するときは、ＡＬＣ回路
４４は、出力レベルが波長多重光の波長数に対応する値
に保持されるように可変減衰器４２における損失を制御
する。このとき、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの利得は、ＡＧ
Ｃ回路４３ａ、４３ｂにより適切な値に保持されてい
る。なお、波長多重光の波長数は、図２を参照しながら
説明した監視制御信号を利用して通知される。

【００３８】上記構成の光増幅器において、ＡＧＣの時
定数およびＡＬＣの時定数は、以下のようにして設定さ
れる。 （１）ＡＧＣの時定数は、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの応答
時間に対して十分に短くする。

【００３９】（２）ＡＬＣの時定数は、監視制御信号が
各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長くす
る。図７は、光増幅媒体の応答時間を説明する図であ
る。光増幅媒体の利得は、励起光により制御される。す
なわち、励起光パワーが低下すれば、それに伴って光増
幅媒体の利得も小さくなり、励起光パワーが高くなれ
ば、それに伴って光増幅媒体の利得も高くなる。しか
し、励起光パワーが変化した時から光増幅媒体の利得が
その変化に応じて調整されるまでには一定の時間を要す
る。そして、この応答時間は、一般に、励起光パワーが
増加したときよりも、励起光パワーが低下したときの方
が長くなる。なお、光増幅媒体の応答時間は、その材料
に依存して決まり、例えば、ＥＤＦの場合は数ｍ秒程度
である。

【００４０】図８は、ＡＧＣの時定数を説明する図であ
る。ここでは、ＡＧＣ回路（４３ａまたは４３ｂ）は、
図８(a) に示すように、ＥＤＦ（４１ａまたは４１ｂ）
の入力パワーと出力パワーとの比率に基づいて利得を算
出する機能、その算出した利得を参照値と比較する機
能、およびその比較結果に対応する励起光を生成する励
起光源を備えるものとする。

【００４１】図８(b) に示すように、入力パワーが安定
している期間は、出力パワーも安定しており、利得も一
定である。ところが、ＥＤＦの利得は、入力パワーに依
存する。具体的には、例えば、一定の励起光が与えられ
ているときに入力パワーが低下すると、ＥＤＦの利得は
それに応じて高くなる傾向にある。このため、ＡＧＣ回
路は、入力パワーが変化すると、それに応じて励起光パ
ワーを適切に調整する必要がある。ここで、入力パワー
が変化した場合であっても、ＡＧＣ回路が十分に短時間
でそれに追従すれば、利得は一定に保たれる。

【００４２】励起光パワーは、基本的に、入力パワーお
よび出力パワーに基づいて制御される。すなわち、入力
パワーの変化に応じて励起光パワーが適切に調整される
ためには、入力パワーと出力パワーとの比率に基づいて
利得を算出する処理、およびその算出された利得と参照
値との差分を求める処理等が必要である。このため、Ａ
ＧＣ回路の応答時間をゼロにすることは困難である。

【００４３】ただし、この応答時間を十分に小さくする
ことは可能である。すなわち、ＡＧＣ回路の応答時間
は、上記利得を算出するために割り算機として動作する
アンプの応答時間、および上記差分を導出するためのア
ンプの応答時間に大きく依存するので、これらのアンプ
の高速化を図ることによりＡＧＣ回路の応答時間は短縮
される。なお、高速なＡＧＣ回路を用いてＥＤＦを制御
する方式は、たとえば、ＯＦＣ２００１ ＰＤ３８−１
に記載されている。

【００４４】実施形態の光増幅器では、ＡＧＣの時定数
（応答時間）は、光増幅媒体の応答時間よりも短くなる
ように設定される。一例としては、ＡＧＣの時定数は、
光増幅媒体の応答時間の１／１００以下に設定される。
したがって、入力パワーが変化した場合であっても、利
得は一定に保たれる。すなわち、波長多重光の波長数が
変化した場合であっても、１波当たりの入力パワーが変
化しなければ、１波当たりの出力パワーも変動しない。

【００４５】図９は、ＡＬＣの時定数を説明する図であ
る。ここでは、ＡＬＣ回路（４４）は、図９(a) に示す
ように、出力パワーに基づいて可変減衰器（４２）にお
ける損失を制御する機能を備えるものとする。

【００４６】図９(b) に示すように、入力パワーが変化
すると、それに応じて出力パワーも変化する。ここで、
ＡＬＣ回路は、出力パワーが一定に保持されるように可
変減衰器における損失を調整する。このとき、この損失
の変化は、例えば、指数関数を用いて表される。具体的
には、損失の変化は、例えば、出力パワーが下式により
表されるように定義される。ただし、「ΔＰ」は、入力
パワーが変化した時の総出力パワーの変化量を表し、
「Ｔ」は所定の時定数を表す。また、「ｔ」は、入力パ
ワーが変化した時点から計時される時間を表し、「α」
は、「ｔ＝０」における出力パワーを表す。

【００４７】Ｐout ＝ΔＰ（１−ｅ^-t/T）＋α この式によれば、入力パワーが変化したときから時間Ｔ
が経過した時点における出力パワーの誤差は、「ΔＰ／
ｅ」にまで小さくなっている。そして、以下では、この
時間Ｔを、「ＡＬＣの時定数」または「ＡＬＣの応答時
間」と呼ぶことがある。

【００４８】ＡＬＣの時定数（応答時間）は、監視制御
信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長
くなるように設定される。具体的には、たとえば、ＡＬ
Ｃの時定数は、監視制御信号が各光ノードに伝達される
のに要する時間の１０倍以上になるように設定される。
ここで、監視制御信号が各光ノードに伝達される時間
は、各光ノードにおける遅延時間、信号の伝搬時間、プ
ロテクション時間、波長数処理時間の和により与えられ
る。なお、各光ノードにおける遅延時間は、３Ｒ動作に
要する時間を含む。信号の伝搬時間は、伝送路の長さに
依存する。プロテクション時間は、例えばＳＯＮＥＴ等
の規格として定義されており、５０〜１００ｍ秒であ
る。波長数処理時間は、監視制御信号により波長多重光
の波長数が通知されたときから、その波長数に応じてＡ
ＬＣ回路の設定が変更されるまでに要する時間である。

【００４９】例えば、波長多重光の波長数の最大値が４
０であり、波長数が変化したときの光増幅器の出力レベ
ルの変動を０．１ｄＢ以下に抑えるためには、上記計算
式によれば、「Ｔ＝１００秒」が得られる。

【００５０】なお、光増幅媒体の応答時間とＡＧＣの時
定数、または光増幅媒体の応答時間とＡＬＣの時定数、
またはＡＧＣの時定数とＡＬＣの時定数が互いに一致ま
たは近接していると、光増幅器の制御系において発振等
が発生する可能性がある。しかし、実施形態の光増幅器
では、ＡＧＣの時定数は、ＥＤＦの応答時間に対して十
分に短く設定されている。一方、ＡＬＣの時定数は、監
視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よ
りも長く設定されるので、ＥＤＦの応答時間に対して十
分に長くなる。したがって、制御系が発振等により不安
定になることはない。

【００５１】図１０は、実施形態の光増幅器の構成図で
ある。この光増幅器では、入力された波長多重光は、Ｅ
ＤＦ４１ａ、４１ｂにより増幅されると共に、可変減衰
器４２によりその出力レベルが調整される。なお、ＥＤ
Ｆ４１ａ、４１ｂの利得はＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂに
より制御され、可変減衰器４２における損失はＡＬＣ回
路４４により制御される。

【００５２】ＥＤＦ４１ａの利得は、ＥＤＦ４１ａの入
力パワーおよび出力パワーに基づいて制御される。ここ
で、ＥＤＦ４１ａの入力パワーは、受光素子（ＰＤ）５
１ａにより検出され、ＥＤＦ４１ａの出力パワーは、受
光素子（ＰＤ）５２ａにより検出される。

【００５３】アンプ５３ａは、上記入力パワーと出力パ
ワーとの比率を求める。ただし、よく知られているよう
に、ＥＤＦを用いた増幅では自然放出（ＡＳＥ：Amplif
iedSpontaneous Emission）が発生する。即ち、ＥＤＦ
への入力パワーが「Ｐin」であるとすると、その出力パ
ワーは、「ＧＰin＋Ｐase」になる。ここで、「Ｇ」は
ＥＤＦの利得を表し、「Ｐase 」はＡＳＥ光パワーを表
す。従って、もし、検出された入力パワーおよび出力パ
ワーに基づいてＥＤＦの利得を算出すると、下記の値が
得られてしまう。

【００５４】 この式で、「ｍ」は波長多重光の波長数（チャネル数）
を表し、「Ｐinch」は１チャネル当たりの入力パワーを
表す。すなわち、受光素子により検出された入力／出力
パワーのみを用いて利得を算出しようとすると、ＡＳＥ
に起因する誤差が発生することになる。そして、その誤
差は波長多重光の波長数に依存する。

【００５５】よって、この実施形態では、加算機５４ａ
において、受光素子５１ａにより検出された入力パワー
値に対して、ＡＳＥ補正値１が加算される。ここで、Ａ
ＳＥ補正値１は、ＥＤＦ４１ａから出力されるＡＳＥ光
パワーをＥＤＦ４１ａの利得で除算することにより得ら
れる値に相当し、例えば、「ＮＦｈνΔｆ」で与えられ
る。なお、「ＮＦ（＝２ｎsp）」は、ノイズ指数を表
し、「ｈν」は、エネルギーを表し、「Δｆ」は、帯域
を表す。このとき、「ＮＦ」は、１チャネル当たりの入
力パワーに依存するので、入力パワーに基づいて設定さ
れるようにしてもよい。そして、このようにしてＡＳＥ
補正値１を決定すれば、ＡＳＥに起因して発生し且つ波
長数に依存する誤差による影響が排除される。

【００５６】アンプ５５ａは、アンプ５３ａから出力さ
れる利得算出値と予め設定されている所定の利得Ｇ１と
の差分に基づいて、励起光源（ＬＤ）５６ａを駆動す
る。このように、ＡＧＣ回路４３ａにおいては、受光素
子５１ａにより検出された入力パワー値にＡＳＥ補正値
１が加算される。したがって、ＥＤＦ４１ａの利得が適
切に検出され、その検出結果を利用してＥＤＦ４１ａの
利得が正しく制御される。また、ＡＧＣ回路４３ａは、
ＥＤＦ４１ａへの入力光が停止した場合は、ＡＳＥ補正
値１に相当する光がＥＤＦ４１ａに入力されているもの
と見なして動作する。従って、ＡＧＣ回路４３ａに「ゼ
ロ」が入力される状態が回避され、制御系が安定する。

【００５７】ＥＤＦ４１ｂの利得を制御するＡＧＣ回路
４３ｂの構成および動作は、基本的に、ＡＧＣ回路４３
ａと同じである。したがって、その説明は省略する。な
お、ＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂの応答時間（ＡＧＣ時定
数）は、上述したように、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの応答
時間と比較して十分に短い。そして、このことは、例え
ば、アンプ５３ａ、５３ｂ、５５ａ、５５ｂの高速化に
より実現される。

【００５８】ＡＬＣ回路４４は、この光増幅器の出力パ
ワーが波長多重光の波長数に対応する設定値に一致する
ように可変減衰器４２における損失を制御する。ここ
で、この光増幅器の出力パワーは、受光素子（ＰＤ）５
２ｂにより検出される。また、波長多重光の波長数は、
上述した監視制御信号により通知される。ただし、波長
多重光の波長数に対応する設定値は、ＡＳＥ補正値３に
より補正される。なお、ＡＳＥ補正値３は、例えば、特
開２０００−２３２４３３号公報に記載されている方法
に従って決定されるようにしてもよい。そして、ＡＬＣ
回路４４の出力により、可変減衰器４２が制御される。
ここで、切替え回路５７は、この光増幅器がＡＬＣモー
ドで動作しているときは、ＡＬＣ回路４４の出力を選択
する。

【００５９】なお、ＡＬＣ回路４４の応答時間（ＡＬＣ
時定数）は、上述したように、監視制御信号が各光ノー
ドに伝達されるのに要する時間よりも長い。実施形態の
光増幅器は、さらにＡＬＣ補助回路６０を備えている。
ここで、ＡＬＣ補助回路６０は、アンプ６１、６３、お
よびサンプルホールド回路６２を含む。そして、アンプ
６１は、可変減衰器４２の入力／出力パワーに基づい
て、可変減衰器４２における損失を求める。なお、可変
減衰器４２の入力パワーは受光素子５２ａにより検出さ
れ、出力パワーは受光素子５１ｂにより検出される。サ
ンプルホールド回路６２は、所定時間ごとにアンプ６１
の出力を取り込む。そして、アンプ６３は、アンプ６１
により得られる可変減衰器４２における損失をサンプル
ホールド回路６２に保持されている損失値に一致させる
ための差分データを出力する。

【００６０】ＡＬＣ補助回路６０は、光増幅器がＡＬＣ
モードで動作しているときに上述のサンプリングを行
う。ただし、ＡＬＣモードのときは、切替え回路５７
は、ＡＬＣ回路４４の出力を選択する。一方、光増幅器
の動作がＡＬＣモードからＡＧＣモードに切り替わる
と、ＡＬＣ補助回路６０は、上述のサンプリング動作を
停止し、サンプルホールド回路６２は、最後のサンプリ
ングにより得られたデータを保持する。そして、ＡＧＣ
モードにおいて、可変減衰器４２における損失がサンプ
ルホールド回路６２に保持されている損失値に一致する
ように制御系が動作する。なお、ＡＧＣモードにおいて
は、切替え回路５７はＡＬＣ補助回路６０の出力を選択
する。この後、光増幅器の動作がＡＧＣモードからＡＬ
Ｃモードに戻ると、可変減衰器４２における損失はＡＬ
Ｃ回路４４によって制御されるようになり、ＡＬＣ補助
回路６０は、再び上述のサンプリングを行うようにな
る。なお、光増幅器の動作モードに切替えについては、
後で詳しく説明する。

【００６１】図１１は、図１０に示した光増幅器の変形
例である。図１１に示す光増幅器の基本構成は、図１０
に示した光増幅器と同じであるが、ＡＧＣ回路において
ＡＳＥ光を補正する方法が異なる。すなわち、図１０に
示した光増幅器では、ＡＳＥ光の影響を排除するため
に、受光素子５１ａ、５１ｂにより検出された入力パワ
ー値にそれぞれＡＳＥ補正値１、ＡＳＥ補正値２が加算
される。これに対して、図１１に示す光増幅器では、受
光素子５２ａ、５２ｂにより検出された出力パワー値か
らそれぞれＡＳＥ補正値４、ＡＳＥ補正値５が差し引か
れる構成となっている。なお、ＡＳＥ補正値４、５は、
それぞれＥＤＦ４１ａ、４１ｂにおいて発生するＡＳＥ
光パワーに相当する。なお、出力パワーからＡＳＥ補正
値４、５を差引く構成は、例えば、特願平１１−１１２
４３４号公報に開示されている。

【００６２】このように、図１０に示す光増幅器では、
算出利得Ｇ＝Ｐout ／（Ｐin＋補正値）が参照値に一致
するように励起光パワーが制御されるのに対し、図１１
に示す光増幅器では、算出利得Ｇ＝（Ｐout −補正値）
／Ｐinが参照値に一致するように励起光パワーが制御さ
れる。したがって、ＡＧＣにおいてＡＳＥの影響を排除
する点では、基本的に同じである。ただし、図１１に示
す構成では、ＥＤＦへの入力光が停止した場合は、ＡＧ
Ｃ回路４３ａに「ゼロ」が入力されることになる。した
がって、制御系の安定性については、図１０に示す構成
の方が有利である。

【００６３】図１２は、実施形態の光増幅器の具体的な
構成を示す図である。なお、この光増幅器は、図１０に
示す構成をベースにしている。この光増幅器では、様々
な制御がＤＳＰ７１により実行される。なお、ＤＳＰ７
１には、光増幅器の入力パワーを表すデジタルデータ、
光増幅器の出力パワーを表すデジタルデータ、可変減衰
器４２における損失を表すデジタルデータ、制御情報が
与えられる。ここで、光増幅器の入力パワーを表すデジ
タルデータは、受光素子５１ａにより検出されたアナロ
グ値をデジタルデータに変換することにより得られる。
光増幅器の出力パワーを表すデジタルデータは、受光素
子５２ｂにより検出されたアナログ値をデジタルデータ
に変換することにより得られる。可変減衰器４２におけ
る損失を表すデジタルデータは、受光素子５２ａ、５１
ｂにより検出された光パワーの比率を表すアナログ値を
デジタルデータに変換することにより得られる。制御情
報は、波長数情報、動作モード切替え情報、ＡＳＥ補正
量情報を含み、制御回路１２から与えられる。なお、こ
れらの情報は、上述した監視制御信号により各光ノード
に伝送される。また、ＤＳＰ７１は、ＲＯＭ７２および
ＥＰ２ＲＯＭ７３にアクセスすることができる。そし
て、ＤＳＰ７１は、これらのデータおよび情報に基づい
て、可変減衰器４２における損失を表す情報を出力す
る。なお、ＤＳＰ７１の出力は、Ｄ／Ａ変換回路により
アナログデータに変換されて可変減衰器４２に与えられ
る。

【００６４】ＤＳＰ７１は、主に、以下の処理を実行す
る。 （１）ＡＬＣモードにおいて、可変減衰器４２に対して
指示を与える。 （２）ＡＬＣモードにおいて、所定時間ごとに可変減衰
器４２における損失を検出し、それをＥＰ２ＲＯＭ７３
に書き込む。このとき、ＥＰ２ＲＯＭ７３は、新たに検
出される損失値により随時更新されていく。

【００６５】（３）光増幅器の動作モードがＡＬＣモー
ドからＡＧＣモード切り替わるときに、ＥＰ２ＲＯＭ７
３の更新を停止する。これにより、動作モードが切り替
わる時点における可変減衰器４２における損失を表すデ
ータがＥＰ２ＲＯＭ７３に保存される。なお、上記動作
モードの切替えは、例えば、監視制御信号により波長数
が変化した旨が通知された時、監視制御信号によりモー
ド切替え指示を受信した時、監視制御信号を所定時間以
上受信できなかった時、監視制御部異常時などに発生す
る。

【００６６】（４）光増幅器への信号入力が開始された
ときに、ＡＧＣモードにおいて、可変減衰器４２に対し
てＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている値を指示する。上
記（１）について詳しく説明する。ＡＬＣモードにおけ
る出力パワーは、基本的には、波長多重光の波長数に応
じて決定される。ここで、波長多重光の波長数は、上述
したように、監視制御信号により通知される。そして、
ＡＬＣモードにおいて保持すべき目標出力パワーは、基
本的には、「１波当たり出力パワー」と「波長数」との
積により与えられる。なお、「１波当たり出力パワー」
は、予めＲＯＭ７２に格納されている。

【００６７】ＤＳＰ７１は、図１３に示すように、時間
ΔＴごとに、受光素子５２ｂにより検出される実際の出
力パワーと目標出力パワーと差分ΔＰを算出し、さらに
補正量「ΔＰ／ｎ」を算出する。ここで、「ｎ」は、１
よりも大きな正の値である。図１３に示す例では、時刻
Ｔo において、実際の出力パワーと目標出力パワーと差
分として「ΔＰo 」が得られている。よって、この場
合、ＤＳＰ７１は、実際の出力パワーが「ΔＰo／ｎ」
だけ上昇するように、可変減衰器４２における損失を調
整する。続いて、時刻Ｔ1 において、実際の出力パワー
と目標出力パワーと差分として「ΔＰ1 」が得られてい
る。よって、この場合、ＤＳＰ７１は、実際の出力パワ
ーが「ΔＰ1／ｎ」だけ上昇するように、可変減衰器４
２における損失を調整する。以降、同様に、時間ΔＴご
とに可変減衰器４２における損失を調整し、実際の出力
パワーを徐々に目標出力パワーに近づけていく。なお、
出力パワーの調整速度（すなわち、ＡＬＣ時定数）は、
「ｎ」又は「ΔＴ」を適切に選択することにより、所望
の値に設定できる。例えば、「ΔＴ」を長くすれば、Ａ
ＬＣ時定数は長くなる。

【００６８】なお、目標出力パワーは、基本的には波長
多重光の波長数に基づいて決定されるが、ノイズを考慮
して決定されるようにしてもよい。この場合、例えば、
図１４に示すように、監視制御信号により伝送されるノ
イズ情報が利用される。すなわち、各光増幅器は、下式
に従い、自装置で発生するノイズを推定する。

【００６９】 各光ノードで発生する規格化ノイズ＝１０／ＯＳＮＲi ＝ＮＦi ｈνΔＦ／Ｐin ここで、「ＯＳＮＲi 」は、ｉ番目の光増幅器における
光信号／ノイズ比を表す。「ＮＦi」は、ｉ番目の光増
幅器におけるノイズ指数を表し、例えば、ＲＯＭ７２に
予め格納されている。「ｈν」は、エネルギーを表す。
「ΔＦ」は、光増幅器の帯域幅である。「Ｐin」は、入
力パワーを表す。

【００７０】各光増幅器は、監視制御信号を利用して通
知されるノイズ情報に自装置において発生するノイズ情
報を加算し、その加算結果を次の光ノードに転送する。
例えば、図１４に示す例では、ノイズ情報として以下の
結果が得られる。 光ノード１ａ：１／ＯＳＮＲa × １０ΔＦ 光ノード１ｂ：１／ＯＳＮＲa ＋１／ＯＳＮＲb× １０
ΔＦ 光ノード１ｃ：１／ＯＳＮＲa ＋１／ＯＳＮＲb＋１／
ＯＳＮＲc × １０ΔＦ そして、ＤＳＰ７１は、下式に従い、目標出力パワーを
決定する。

【００７１】目標出力パワー＝ｍＰoutch （１＋１／Ｏ
ＳＮＲ×１０ΔＦ） ここで、「ｍ」は、波長多重光の波長数を表し、「Ｐou
tch 」は、１波当たり出力パワーを表し、「１／ＯＳＮ
Ｒ× １０ΔＦ」は、上述のようにして算出された累積
ノイズである。

【００７２】次に、光増幅器の動作モードの切替えにつ
いて説明する。 第１の実施例 第１の実施例の光増幅器は、ＡＬＣモードを基本モード
として動作し、波長数が変動した場合あるいは障害が発
生した場合にＡＧＣモードで動作する。

【００７３】図１５は、光増幅器の動作モードの遷移を
示す図である。光増幅器は、その起動時には、第１のＡ
ＬＣモードで動作する。第１のＡＬＣモードは、比較的
短い時定数が設定されている。そして、第１のＡＬＣモ
ードにおいて、光増幅器への入力パワーが安定すると、
ＡＧＣモードに遷る。なお、入力パワーは、受光素子５
１ａにより検出される。

【００７４】ＡＧＣモードにおいて、波長多重光の波長
数が安定している場合は、第２のＡＬＣモードに遷る。
なお、「波長数」は、監視制御信号により定期的に通知
される。従って、通知される「波長数」が一定時間継続
して同じであったときに、波長数が安定したものと判断
される。

【００７５】第２のＡＬＣモードは、長い時定数が設定
されている。そして、第２のＡＬＣモードにおいて、
(1) 波長数の変動の通知を受信した場合、(2) 監視制御
信号の障害が発生した場合、(3) 信号入力が停止した場
合、または(4) 障害（電源の一時停止など）が発生した
場合に、ＡＧＣモードに遷る。

【００７６】このように、実施形態の光増幅器は、その
起動時には、比較的短い時定数を持った第１のＡＬＣモ
ードで動作する。したがって、光増幅器の出力パワー
は、その起動時に比較的短時間のうちに安定する。

【００７７】図１６は、第１の実施例の制御フローを示
す図である。ＡＬＣモードにおいては、光増幅器の出力
パワー（すなわち、ＥＤＦ４１ｂの出力パワー）が目標
出力パワーに一致するように可変減衰器４２における損
失が調整される。このとき、可変減衰器４２における実
際の損失が定期的に検出され、最新の検出値がＥＰ２Ｒ
ＯＭ７３に保持される。

【００７８】ＡＧＣモードにおいては、ＥＰ２ＲＯＭ７
３の更新が停止される。そして、可変減衰器４２におけ
る損失は、ＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている損失値デ
ータに一致するように固定される。

【００７９】図１７は、ＡＬＣモード（図１５の「第２
のＡＬＣモード」に相当する）において波長多重光の波
長数が変動した場合の動作を説明する図である。ここで
は、時刻Ｔ1 において波長多重光の波長数が減少したも
のとする。この場合、光増幅器の総入力パワー及び総出
力パワーが低下する。ただし、１波当たりの出力パワー
は変化しない。この後、ＡＬＣモードでは、光増幅器の
総出力パワーが一定の値に保持されるように可変減衰器
４２における損失が調整される。しかし、実施形態の光
増幅器のＡＬＣ時定数は十分に長いので、光増幅器の総
出力パワーの変化速度は非常に遅い。したがって、１波
当たりの出力パワーは、ほぼ一定のままである。

【００８０】続いて、時刻Ｔ2 において、監視制御信号
により「波長数の変動」が通知されると、動作モードが
ＡＬＣモードからＡＧＣモードへ切り替えられる。ここ
で、波長多重光の波長数が変化してから監視制御信号に
より「波長数」が通知されるまでの時間（時刻Ｔ1〜時
刻Ｔ2 の期間）は、例えば、数１０ｍ秒程度である。こ
れに対して、ＡＬＣ時定数は数秒程度である。したがっ
て、波長数が変動してから動作モードが切り替えられる
までの期間に、可変減衰器４２における損失はほとんど
変化せず、１波当たりの出力パワーもほとんど変化しな
い。

【００８１】これに対して、もし、ＡＬＣの時定数が十
分に長くなかったと仮定すると、図１８に示すように、
波長数が変動してから動作モードが切り替えられるまで
の期間に、１波当たりの出力パワーが変動してしまう。
すなわち、図１８に示す例では、時刻Ｔ1 において波長
多重光の波長数が変化すると、以降、光増幅器の総出力
パワーは、比較的短い時間で時刻Ｔ1 以前のレベルに戻
ろうとする。したがって、このＡＬＣ動作により、１波
当たりの出力パワーも変動してしまう。

【００８２】なお、ＡＬＣの時定数は、例えば、以下の
ようにして決定される。すなわち、まず、１波当たりの
出力パワー変動の許容値を決定する。続いて、通信シス
テムの構成、各光ノードにおける信号処理時間（３Ｒ動
作を含む）などに基づいて、監視制御信号が各光ノード
に伝達される時間の最大値を見積もる。そして、ＡＬＣ
の時定数は、波長数が変動した時から上述のようにして
見積もられた最大時間が経過するまでの間に、１波当た
りの出力パワーの変動が上記許容値を越えないように設
定される。

【００８３】また、光増幅器の特性は、周囲の温度が変
化した場合や、光増幅器を構成する部品の経年劣化など
により変化する。しかし、これらの要因に起因する特性
変化の速度は極めて緩やかである。例えば、数時間〜数
年の間の１ｄＢ程度の変動が発生する程度である。した
がって、ＡＬＣの時定数を数秒〜数１０秒程度に設定し
ても、これらの要因による出力パワー変動は抑えること
ができる。

【００８４】図１７に戻る。時刻Ｔ2 において動作モー
ドが切り替えられた後は、光増幅器はＡＧＣモードで動
作する。ここで、実施形態の光増幅器のＡＧＣ時定数
は、ＥＤＦの応答時間と比べて十分に短い。したがっ
て、光増幅器の利得は、図８を参照しながら説明したよ
うに、一定の保たれる。すなわち、波長多重光の波長数
が変化した場合であっても、１波当たりの出力パワーは
変動しない。

【００８５】これに対して、もし、ＡＧＣ時定数が十分
に短くなかったと仮定すると、波長多重光の波長数が変
化したときに、図１９に示すように、１波当たりの出力
パワーが変動してしまう。すなわち、波長数の変化に伴
って入力パワーが低下した時から励起光パワーが適切に
調整されるまでの時間が、ＥＤＦの応答時間よりも長く
なると、励起光パワーの調整が遅れてしまい、一時的に
ＥＤＦの利得が過大になってしまう。この結果、１波当
たりの出力パワーが一時的に大きくなってしまう。すな
わち、サージが発生してしまう。

【００８６】図２０は、波長多重光の波長数が変化した
ときの、動作モードの遷移および１波当たりの出力パワ
ーを示す図である。ここでは、時刻Ｔ1 において、波長
多重光の波長数が「５」から「３」に減少したものとす
る。また、ＡＬＣモードにおいて、「波長数＝５」に対
応する目標出力パワーは「５０」であり、「波長数＝
３」に対応する目標出力パワーは「３０」であるものと
する。なお、図２０において、光パワーは、単位のない
数値で表されている。

【００８７】時刻Ｔ1 以前は、光増幅器はＡＬＣモード
で動作しており、総出力パワーは、「５０」に保持され
ている。このとき、１波当たりの出力パワーは、「１
０」である。

【００８８】時刻Ｔ1 において、波長多重光の波長数が
「５」から「３」に減少すると、光増幅器の総出力パワ
ーは、「５０」から「３０」に低下する。このとき、光
増幅器は、ＡＬＣモードで動作している。したがって、
ＤＳＰ７１は、時刻Ｔ2において、波長数情報を含む監
視制御信号を受信するまで、光増幅器の総出力パワーが
「５０」に戻るように可変減衰器４２を調整していく。
しかし、上述したように、実施形態の光増幅器のＡＬＣ
時定数は十分に長いので、時刻Ｔ2における光増幅器の
総出力パワーは、ほぼ「３０」のままである。すなわ
ち、時刻Ｔ1 〜時刻Ｔ2 の期間は、１波当たりの出力パ
ワーは、ほぼ「１０」のままである。

【００８９】時刻Ｔ2 において、光増幅器の動作モード
がＡＬＣモードからＡＧＣモードに切り替わる。したが
って、以降、ＥＰ２ＲＯＭ７３には、時刻Ｔ2における
可変減衰器４２の損失値が保持されることになる。

【００９０】時刻Ｔ2 以降、光増幅器は、ＡＧＣモード
で動作する。このとき、可変減衰器４２の損失は、ＥＰ
２ＲＯＭ７３に保持されている値に従う。また、ＡＧＣ
モードでは、光増幅器の利得が一定に保持されるので、
１波当たりの出力パワーは変化しない。すなわち、ＡＧ
Ｃモードで動作している期間は、１波当たりの出力パワ
ーはほぼ「１０」のままであり、また、総出力パワーは
ほぼ「３０」のままである。

【００９１】光増幅器がＡＧＣモードで動作している期
間に、一定時間継続して同一の波長数情報（波長数＝
３）が検出されると、時刻Ｔ3 において、動作モードが
ＡＧＣモードからＡＬＣモードに戻る。このとき、目標
出力パワーは、受信した波長数情報に従って「３０」に
設定される。一方、光増幅器がＡＧＣモードで動作して
いる期間は、総出力パワーはほぼ「３０」のまま維持さ
れている。すなわち、時刻Ｔ3において、光増幅器の実
際の総出力パワーは、ほぼ目標出力パワーに一致してい
ることになる。したがって、時刻Ｔ3 以降、可変減衰器
４２の損失値が大きく調整されることはない。よって、
時刻Ｔ3以降も、１波当たりの出力パワーはほぼ「１
０」のままである。

【００９２】このように、光増幅器から出力される波長
多重光に含まれる各信号光の出力パワーは、その波長多
重光の波長数が変化しても、ほぼ一定の値に維持され
る。すなわち、実施形態の光増幅器では、ＡＧＣ時定数
を十分に短くするとともに、ＡＬＣ時定数を十分に長く
したので、光増幅器から出力される波長多重光に含まれ
る各信号光の出力パワーは、常に安定している。 第２の実施例 第２の実施例の光増幅器は、ＡＧＣモードを基本モード
として動作し、定期的にＡＬＣモードで動作する。

【００９３】図２１は、光増幅器の動作モードの遷移を
示す図である。なお、光増幅器が起動されたときから、
第１のＡＬＣモードを経てからＡＧＣモードに遷移する
までの手順は、第１の実施例と同じである。

【００９４】ＡＧＣモードでは、可変減衰器４２におけ
る損失は、ＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている値に固定
される。そして、ＡＬＣモードは、定期的にあるいは外
部からの指示等により起動される。ＡＬＣモードでは、
光増幅器の出力パワーが目標パワーに一致するように可
変減衰器４２における損失が調整され、それに伴ってＥ
Ｐ２ＲＯＭ７３が更新される。したがって、動作モード
がＡＧＣモードに戻った時に、可変減衰器４２における
損失は適切に補正されている。

【００９５】このように、可変減衰器４２における損失
が適切に補正されるので、ＡＧＣモードで動作する場合
であっても、出力パワーは安定している。 第３の実施例 第３の実施例の光増幅器は、第１の実施例と同様に、Ａ
ＬＣモードを基本モードとして動作する。ただし、第３
の実施例の光増幅器では、第１の実施例の第１のＡＬＣ
モード、第２のＡＬＣモード、ＡＧＣモードに加え、シ
ャットダウンモードを備える。

【００９６】図２２は、光増幅器の動作モードの遷移を
示す図である。ここで、第１のＡＬＣモード、第２のＡ
ＬＣモード、ＡＧＣモードは、基本的に、第１の実施例
と同じなので、説明を省略する。

【００９７】第３の実施例では、ＡＧＣモードまたは第
２のＡＬＣモードにおいて、(1) 信号入力が停止した場
合、または(2) 障害（電源の一時停止など）が発生した
場合に、シャットダウンモードに遷る。そして、シャッ
トダウンモードにおいて、信号入力が再開すると、ＡＧ
Ｃモードに遷る。

【００９８】図２３は、第３の実施例の制御フローを示
す図である。ＡＬＣモードにおいては、光増幅器の出力
パワーが目標出力パワーに一致するように可変減衰器４
２における損失が調整される。このとき、可変減衰器４
２における実際の損失が定期的に検出され、最新の検出
値がＥＰ２ＲＯＭ７３に保持される。そして、入力信号
が停止すると、シャットダウンモードに遷る。

【００９９】シャットダウンモードにおいては、ＥＰ２
ＲＯＭ７３の更新が停止される。さらに、ＥＤＦによる
増幅動作が停止される。すなわち、励起光源の駆動を停
止する。そして、信号入力が再開すると、ＡＧＣモード
に遷る。

【０１００】ＡＧＣモードにおいては、励起光源を駆動
する。また、可変減衰器４２における損失は、ＥＰ２Ｒ
ＯＭ７３に保持されている損失値データに一致するよう
に固定される。そして、所定時間経過後あるいは波長多
重光の波長数が安定時点でＡＬＣモードに遷る。

【０１０１】このように、第３の実施例では、信号入力
が停止すると、シャットダウンモードに遷り、増幅動作
が停止する。このため、図１１に示す構成であっても、
ＡＧＣ回路に「ゼロ」が入力されることはない。したが
って、ＡＧＣ回路の動作が不安定になることが回避され
る。 第４の実施例 第４の実施例の光増幅器は、図２４に示すように、待機
（ホットスタンバイ）モードを備える。

【０１０２】実施形態の通信システム内には、多数の光
増幅器が存在するが、これらのうちの幾つかは、通常運
用時には波長多重光が入力されず、プロテクション時に
おいてのみ波長多重光が入力されることがある。この場
合、これらの光増幅器は、通信システムが通常運用状態
の場合は、待機モードに設定される。ここで、待機モー
ドでは、通常の増幅動作が行われているときと比べて小
さなパワーを持った励起光がＥＤＦに供給される。すな
わち、待機モードでは、ＥＤＦは低いレベルに励起され
た状態になっている。そして、待機モードで動作してい
る光増幅器に波長多重光が入力されると、その動作モー
ドが即座にＡＧＣモードに遷る。このとき、ＥＤＦは既
にある程度励起されているので、ＡＧＣモードによる増
幅動作が開始されるまでの時間は短い。

【０１０３】なお、上述の実施形態の光増幅器では、Ｅ
ＤＦ４１ａおよびＥＤＦ４１ｂの利得が個別に制御され
ているが、本発明はこの構成に限定されるものではな
い。すなわち、図２５に示すように、ＥＤＦ４１ａおよ
びＥＤＦ４１ｂの利得の和が一定になるように制御され
る構成であってもよい。この場合、ＥＤＦ４１ａおよび
ＥＤＦ４１ｂの利得の和は、この光増幅器全体の利得か
ら、可変減衰器４２により損失分を差し引くことにより
得られる。そして、励起光源５６ａ、５６ｂは、ＥＤＦ
４１ａおよびＥＤＦ４１ｂの利得の和が一定の目標値に
なるように制御される。このような構成とすれば、利得
のチルトが発生せず、前段増幅部（すなわち、ＥＤＦ４
１ａ）において高出力が必要とされない。

【０１０４】また、上述の実施形態では、１組のエルビ
ウム添加ファイバ光増幅器が設けられているが、それら
の代わりにリニア光増幅器を用いてもよい。リニア光増
幅器は、共振器の垂直方向にレーザ発振が行われる半導
体アンプであって、その利得がクランプされるので、信
号に対する利得が入力レベルに依らず一定の値に保持さ
れる。この場合、ＡＧＣ回路を不要とすることができる
か、或いは、ＡＧＣ顔路の構成を簡略化できる。

【０１０５】さらに、上述の実施形態の光増幅器は、前
段増幅部、後段増幅部、およびそれらの間に設けられる
可変減衰器を含む構成であるが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。すなわち、本発明は、図２６(a) 又
は図２６(b) に示すように、１つの増幅ユニットから構
成される光増幅器にも適用される。

【０１０６】（付記１）光増幅媒体および光減衰器を含
み、波長多重光を伝送する光通信システムにおいて使用
される複数の光増幅器の中の任意の光増幅器であって、
上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回
路と、当該光増幅器の出力レベルが、上記光通信システ
ム内の各光増幅器に通知される制御信号に対応する値に
保持されるように上記光減衰器における損失を制御する
レベル制御回路、を有し、上記レベル制御回路の時定数
が、上記制御信号が上記光通信システム内の各光増幅器
に通知されるまでの時間よりも長いことを特徴とする光
増幅器。

【０１０７】（付記２）光増幅媒体および光減衰器を含
み、波長多重光を増幅する光増幅器であって、上記光増
幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、当
該光増幅器の出力レベルが一定の値に保持されるように
上記光減衰器における損失を動的に制御する第１の動作
モード、または、上記光減衰器における損失として上記
第１の動作モードの終了時の損失値を固定的に設定する
第２の動作モードを選択的に実行するレベル制御回路、
を有する光増幅器。

【０１０８】（付記３）付記１または２に記載の光増幅
器であって、上記利得制御回路の時定数が、上記光増幅
媒体の応答時間よりも短い。 （付記４）付記１または２に記載の光増幅器であって、
上記利得制御回路は、上記光増幅媒体の入力パワーおよ
び出力パワーを検出する検出手段と、その検出手段によ
り検出された入力パワーおよび出力パワーに基づいて、
上記光増幅媒体の利得を算出する算出手段と、その算出
手段により算出された利得に従って上記光増幅媒体に供
給すべき励起光のパワーを制御する励起光制御手段と、
を有し、上記算出手段は、上記入力パワーと、上記出力
パワーから上記光増幅媒体において発生する自然放出光
パワーを差し引いた値との比率に基づいて上記光増幅媒
体の利得を算出する。

【０１０９】（付記５）光増幅媒体および光減衰器を含
み、波長多重光を増幅する光増幅器であって、上記光増
幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、当
該光増幅器の出力レベルが一定の値に保持されるように
上記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路
と、を有し、上記利得制御回路が、上記光増幅媒体の入
力パワーおよび出力パワーを検出する検出手段と、その
検出手段により検出された入力パワーおよび出力パワー
に基づいて、上記光増幅媒体の利得を算出する算出手段
と、その算出手段により算出された利得に従って上記光
増幅媒体に供給すべき励起光のパワーを制御する励起光
制御手段と、を有し、上記算出手段が、上記光増幅媒体
において発生する自然放出光パワーに対応する所定の値
が加算された上記入力パワーと、上記出力パワーとの比
率に基づいて上記光増幅媒体の利得を算出することを特
徴とする光増幅器。

【０１１０】（付記６）付記１に記載の光増幅器であっ
て、上記レベル制御回路は、上記制御信号により波長多
重光の波長数が変化したことが通知された時に、上記光
減衰器における損失を固定する。

【０１１１】（付記７）付記６に記載の光増幅器であっ
て、上記レベル制御回路は、上記光減衰器における損失
が固定されているときに波長多重光の波長数が安定する
と、当該光増幅器の出力レベルが所定の値に保持される
ように上記光減衰器における損失を制御する動作モード
に戻る。

【０１１２】（付記８）付記１に記載の光増幅器であっ
て、上記レベル制御回路は、上記制御信号を所定時間継
続して受信できなかった時に、上記光減衰器における損
失を固定する。

【０１１３】（付記９）付記１に記載の光増幅器であっ
て、上記利得制御回路は、当該光増幅器に波長多重光が
入力されていないときは、上記光増幅媒体の増幅動作を
停止する。

【０１１４】（付記１０）付記１に記載の光増幅器であ
って、上記レベル制御回路は、当該光増幅器の起動時に
は第１の時定数で動作し、以降は上記第１の時定数より
も長く且つ上記制御信号が上記光通信システム内の各光
増幅器に通知されるまでの時間よりも長い第２の時定数
で動作する。

【０１１５】（付記１１）付記１に記載の光増幅器であ
って、上記レベル制御回路は、当該光増幅器の出力レベ
ルが、波長多重光が当該光増幅器まで伝送されてくる間
に累積したノイズを考慮して決まる値に保持されるよう
に上記光減衰器における損失を制御する。

【０１１６】（付記１２）付記１に記載の光増幅器であ
って、上記光増幅媒体が第１および第２の光増幅媒体か
ら構成され、上記利得制御回路は、上記第１および第２
の光増幅媒体の利得の和を一定の値に保持する。

【０１１７】（付記１３）波長多重光を伝送する光通信
システムにおいて使用される複数の光増幅器の中の任意
の光増幅器であって、入力レベルに依存することなく入
力波長多重光を一定の利得で増幅する光増幅媒体と、上
記光増幅媒体の前段または後段に設けられる光減衰器
と、当該光増幅器の出力レベルが、上記光通信システム
内の各光増幅器に通知される制御信号に対応する値に保
持されるように上記光減衰器における損失を制御するレ
ベル制御回路を備え、上記レベル制御回路の時定数が、
上記制御信号が上記光通信システム内の各光増幅器に通
知されるまでの時間よりも長いことを特徴とする光増幅
器。

【０１１８】（付記１４）リング状に接続された複数の
光ノードを含む波長多重光通信システムであって、上記
複数の光ノードが、それぞれ付記１に記載の光増幅器を
備えることを特徴とする光通信システム。

【０１１９】（付記１５）波長多重光を伝送する伝送路
上に複数の光増幅器が設けられた光通信システムであっ
て、上記複数の光増幅器がそれぞれ付記１に記載の光増
幅器であることを特徴とする光通信システム。

【０１２０】

【発明の効果】本発明によれば、波長多重光を増幅する
光増幅器において、波長多重光に含まれている各信号光
の出力パワーが安定する。特に、波長多重光の波長数が
変化した場合であっても、各信号光の出力パワーが一定
の値に保持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の光増幅器が使用される光通
信システムの一例の構成図である。

【図２】実施形態の光通信システムの制御系を説明する
図である。

【図３】光ノードの構成図である。

【図４】障害が発生していない状態（非プロテクション
状態）を示す図である。

【図５】障害が発生した状態（プロテクション状態）を
示す図である。

【図６】本発明の実施形態の光増幅器の基本構成を示す
図である。

【図７】光増幅媒体の応答時間を説明する図である。

【図８】ＡＧＣの時定数を説明する図である。

【図９】ＡＬＣの時定数を説明する図である。

【図１０】実施形態の光増幅器の構成図である。

【図１１】図１０に示した光増幅器の変形例である。

【図１２】実施形態の光増幅器の具体的な構成を示す図
である。

【図１３】ＡＬＣモードの動作を説明する図である。

【図１４】ＡＬＣモードの目標出力パワーを決定する方
法を説明する図である。

【図１５】第１の実施例の光増幅器の動作モードの遷移
を示す図である。

【図１６】第１の実施例の制御フローを示す図である。

【図１７】実施形態のＡＬＣモードの動作を説明する図
である。

【図１８】従来のＡＬＣモードの動作を説明する図であ
る。

【図１９】従来のＡＧＣモードの動作を説明する図であ
る。

【図２０】動作モードの遷移および１波当たりの出力パ
ワーを示す図である。

【図２１】第２の実施例の光増幅器の動作モードの遷移
を示す図である。

【図２２】第３の実施例の光増幅器の動作モードの遷移
を示す図である。

【図２３】第３の実施例の制御フローを示す図である。

【図２４】第４の実施例の光増幅器の動作モードの遷移
を示す図である。

【図２５】他の実施形態の光増幅器の構成図である。

【図２６】さらに他の実施形態の光増幅器の基本構成を
示す図である。

【符号の説明】

１ 光ノード １２ 制御回路 ４１ａ、４１ｂ ＥＤＦ（エルビウム添加ファイバ） ４２ 可変減衰器 ４３ａ、４３ｂ ＡＧＣ回路 ４４ ＡＬＣ回路 ５６ａ、５６ｂ 励起光源（ＬＤ） ６２ サンプルホールド回路 ７１ ＤＳＰ ７２ ＲＯＭ ７３ ＥＰ２ＲＯＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｊ 14/02 (72)発明者 宿南 宣文 北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１ 富士通東日本ディジタル・テクノロジ株 式会社内 (72)発明者 續木 達也 北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１ 富士通東日本ディジタル・テクノロジ株 式会社内 (72)発明者 鈴木 裕一 北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１ 富士通東日本ディジタル・テクノロジ株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 HH02 HH06 YY17 5K002 AA06 BA02 BA04 BA05 BA06 CA09 CA10 CA13 DA02 DA04 DA11 EA33 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光増幅媒体および光減衰器を含み、波長
   多重光を伝送する光通信システムにおいて使用される複
   数の光増幅器の中の任意の光増幅器であって、 上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回
   路と、 当該光増幅器の出力レベルが、上記光通信システム内の
   各光増幅器に通知される制御信号に対応する値に保持さ
   れるように上記光減衰器における損失を制御するレベル
   制御回路、を有し、 上記レベル制御回路の時定数が、上記制御信号が上記光
   通信システム内の各光増幅器に通知されるまでの時間よ
   りも長いことを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】 光増幅媒体および光減衰器を含み、波長
   多重光を増幅する光増幅器であって、 上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回
   路と、 当該光増幅器の出力レベルが一定の値に保持されるよう
   に上記光減衰器における損失を動的に制御する第１の動
   作モード、または、上記光減衰器における損失として上
   記第１の動作モードの終了時の損失値を固定的に設定す
   る第２の動作モードを選択的に実行するレベル制御回
   路、 を有する光増幅器。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光増幅器であ
   って、 上記利得制御回路の時定数が、上記光増幅媒体の応答時
   間よりも短い。
4. 【請求項４】 光増幅媒体および光減衰器を含み、波長
   多重光を増幅する光増幅器であって、 上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回
   路と、 当該光増幅器の出力レベルが一定の値に保持されるよう
   に上記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路
   と、を有し、 上記利得制御回路が、 上記光増幅媒体の入力パワーおよび出力パワーを検出す
   る検出手段と、 その検出手段により検出された入力パワーおよび出力パ
   ワーに基づいて、上記光増幅媒体の利得を算出する算出
   手段と、 その算出手段により算出された利得に従って上記光増幅
   媒体に供給すべき励起光のパワーを制御する励起光制御
   手段と、を有し、 上記算出手段が、上記光増幅媒体において発生する自然
   放出光パワーに対応する所定の値が加算された上記入力
   パワーと、上記出力パワーとの比率に基づいて上記光増
   幅媒体の利得を算出することを特徴とする光増幅器。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の光増幅器であって、 上記レベル制御回路は、上記制御信号により波長多重光
   の波長数が変化したことが通知された時に、上記光減衰
   器における損失を固定する。