JP2004153012A

JP2004153012A - 光源の制御回路、光源装置及び光増幅器

Info

Publication number: JP2004153012A
Application number: JP2002316568A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Nagamine; 完章永峯; Katsuhiko Hakomori; 克彦箱守
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】本発明の主な課題は、制御誤差が少なく、且つ、高速動作が可能な光源の制御装置、光源装置及び光増幅器を提供することである。
【解決手段】本発明による光源の制御装置は、フォトダイオード１１と、フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるようにフォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換して光源に高速で供給する電流／電圧変換回路２と、電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路３とを備えている。この構成によると、積分回路の採用により電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧をキャンセルすることができるので、制御誤差の生じ難い光源の制御装置の提供が可能になる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源の制御回路、光源装置及び光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な石英系の光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、光信号又は信号光を増幅するための光増幅器が実用に供されている。
【０００３】
従来知られているのは、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング（励起）するポンピングユニットとから構成される光増幅器である。
【０００４】
例えば、石英系ファイバで損失が小さい波長１．５５μｍ帯の信号光を増幅するために、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が開発されている。ＥＤＦＡは、光増幅媒体としてエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給するためのポンプ光源とを備えている。０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長１．５５μｍを含む利得帯域が得られる。
【０００５】
図１を参照すると、光増幅器が適用される光ファイバ通信システムが示されている。このシステムは、光送信回路１０２と光受信回路１０４の間に光ファイバ伝送路１０６を敷設して構成されている。光送信回路１０２から出力された光信号は、ポストアンプとしての光増幅器１０８により増幅されて光ファイバ伝送路１０６に送出される。光ファイバ伝送路１０６により伝送された光信号は、プリアンプとしての光増幅器１１０により増幅されて光受信回路１０４のフォトダイオード１２に入力される。
【０００６】
ここで、ポストアンプとして光増幅器１０８を設けているのは、光ファイバ伝送路１０６に送出される光信号のパワーを高めて、伝送可能距離を長くするためである。パワーが高過ぎると非線形効果により伝送特性が劣化することがあるので、適切なパワーが設定される。また、プリアンプとして光増幅器１１０を設けているのは、フォトダイオード１２に入力される光信号のパワーを高めて受信感度を高めるためである。
【０００７】
特に、プリアンプとしての光増幅器１１０は、伝送される光信号が光速である場合に受信感度を高めるために重要である。即ち、従来、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のように増幅作用のある受光素子を用いて、低コストで受信感度の向上が図れたものであるが、１０Ｇｂｉｔｓ／ｓｅｃ程度の高速信号用のＡＰＤは実用化されておらず、光増幅器の採用による受信感度の向上が有効なのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光増幅器を実用する場合には、その出力が一定になるような制御が必要になることがある。例えば、フォトダイオードでモニタ光のパワーを検出し、それが一定になるようにポンプ光源が制御される。この場合、制御回路としては演算増幅器（オペアンプ）を用いたものが提供される。しかし、演算増幅器には固有のオフセット電圧があり、制御誤差が生じる。
【０００９】
また、オフセット電圧の低い演算増幅器を使用することによって制御誤差を低減することができるが、演算増幅器のオフセット電圧と動作速度の間にはトレードオフの関係があるので、光増幅器の入力信号パワーの変動に対して充分な動作速度を得ることができなくなるという問題もある。
【００１０】
よって、本発明の目的は、動作高速性を失わずに制御誤差が生じ難い光源の制御装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的はそのような制御装置を備えた光源装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、そのような光源装置を備えた光増幅器を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、フォトダイオードと、フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるようにフォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換して光源に供給する電流／電圧変換回路と、電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路とを備えた光源の制御回路が提供される。
【００１４】
この構成によると、積分回路の採用により電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧をキャンセルすることができるので、制御誤差の生じ難い光源の制御装置の提供が可能になる。
【００１５】
望ましくは、電流／電圧変換回路は、フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換して光源に高速で供給する。これにより、動作高速性を損なうことなく制御誤差を低減することができる。
【００１６】
本発明の他の側面によると、フォトダイオードと、フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるようにフォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、電流／電圧変換回路から出力された電圧が供給される光源と、電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路とを備えた光源装置が提供される。
【００１７】
本発明の更に他の側面によると、増幅されるべき光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体で利得が生じるように光増幅媒体にポンプ光を供給するポンプ光源と、光増幅媒体に供給される光及び光増幅媒体から出力される光の少なくともいずれかから分配された光を受けるフォトダイオードと、フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるようにフォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換して前記ポンプ光源に供給する電流／電圧変換回路と、電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路とを備えた光増幅器が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００１９】
先ず、本願発明の優位性を説明するために必要と思われるので、光増幅器に適した従来の光源の制御回路を図面に基いて詳細に説明しておく。
【００２０】
図２を参照すると、光源の制御回路の従来例（Ａ）及びその特性（Ｂ）が示されている。図２の（Ａ）に示されるように、この制御回路は、フォトダイオード２０２を電圧源２０４に接続し、フォトダイオード２による電圧降下を演算増幅器２０８により増幅して図示しない光源用の電圧Ｖ_０を得るように構成されている。フォトダイオード２０２に直列に接続されるべき抵抗Ｒ１及びＲ２はスイッチ２０６により切換えられるようになっている。
【００２１】
図２の（Ｂ）は出力電圧Ｖ_０とフォトダイオード２０２に流れる電流の関係を示すグラフである。負荷抵抗として、抵抗Ｒ１より小さいＲ２（＝Ｒ１／ｘ）を選択すると、入力ダイナミックレンジは電流ｉが大きい方向にｘ倍広くなるが、オフセット電圧もｘ倍になるために誤差が大きくなり、電流ｉが小さい方向に関して入力ダイナミックレンジは狭くなる。従って、所要の入力ダイナミックレンジを確保するためには、電流ｉに応じてスイッチ６により負荷抵抗Ｒ１及びＲ２を手動により切換える必要がある。
【００２２】
図３を参照すると、光源の制御回路の他の従来例（Ａ）及びその特性（Ｂ）が示されている。図３の（Ａ）に示されるように、演算増幅器２０８の帰還抵抗に代えてダイオード２１０を採用することによって、対数変換回路が構成されている。この場合、図３の（Ｂ）に示されるように、出力電圧Ｖ_０と入力電流ｉの関係が対数関数として与えられるので、電流ｉが大きい領域でのダイナミックレンジの拡大と、電流ｉが小さい領域でのオフセット電圧による誤差の減少とを両立させることができる。
【００２３】
本発明では、図３により説明した対数変換回路を採用すると共に、そのオフセット電圧を抑圧するための手段を採用することで、制御誤差を排除するようにしている。具体的には以下の通りである。
【００２４】
図４は本発明による光源の制御回路の実施形態を示す回路図である。この制御回路は、光／電気変換回路１、電流／電圧変換回路２及び積分回路３を備えており、モニタ用の光を受けてそのパワーに応じた出力電圧Ｖ_０を出力するように動作する。
【００２５】
光／電気変換回路１は、そのカソードが電圧源Ｖ＋に接続されるフォトダイオード１１によって提供されている。逆バイアスが印加されているフォトダイオード１１に光が入力すると、そのパワーに応じた光電流がフォトダイオード１１に流れる。
【００２６】
電流／電圧変換回路２は、演算増幅器２２と、演算増幅器２２のマイナス側入力ポート及び出力ポート間に並列に接続されるダイオード１２及び抵抗１４とを含む。演算増幅器２２のマイナス側入力ポートはダイオード１１のアノードに接続される。
【００２７】
積分回路３は、演算増幅器２１と、演算増幅器２１のマイナス側入力ポート及び出力ポート間に接続されるキャパシタ１５と、演算増幅器２１のマイナス側入力ポート及びダイオード１１のアノード間に接続される抵抗１３とを含む。演算増幅器２１のプラス側入力ポートは接地され、演算増幅器２１の出力ポートは演算増幅器２２のプラス側入力ポートに接続される。
【００２８】
電流／電圧変換回路２の演算増幅器２２に正又は負のオフセット電圧が発生すると、そのオフセット電圧は積分回路３にフィードバックされる。すると、積分回路３の演算増幅器２１の出力電圧がオフセット電圧を抑圧するように演算増幅器２２のプラス側入力ポートに供給される。これにより誤差の少ない制御が可能になる。
【００２９】
図５は図４に示される制御回路の動作を説明するための図である。同図の上側には、演算増幅器２２のマイナス側入力ポートの電位Ｖ_１１及びプラス側入力ポートの電位Ｖ_１２の経時変化が示されており、同図の下側には、演算増幅器２２の出力電位Ｖ_０の経時変化が示されている。
【００３０】
制御回路の動作開始時に出力電圧Ｖ_０＝Ａ・Ｖ_１１（Ａは演算増幅器２２の増幅率）で誤差が生じているが、時間の経過と共に積分回路３におけるキャパシタ１５の充電に共なって、出力電圧Ｖ_０がオフセット電圧のキャンセルされた状態に収束していることが解る。
【００３１】
厳密には、演算増幅器２１で生じるオフセット電圧が残留するが、高速動作性が要求されない演算増幅器２１としてオフセット電圧の小さいチョッパ型の演算増幅器を用いることにより、これを無視することができる。また、このように低速動作型の演算増幅器を演算増幅器２１として用いることで、サージ等による急激なレベル変動を抑制することができ、制御回路の安定な動作が可能になる。
【００３２】
この実施形態によると、積分回路３の採用により電流／電圧変換回路２でのオフセット電圧を抑制することができるので、入力電流が小さい領域でのダイナミックレンジを大幅に拡げることができる。
【００３３】
図６は本発明による光源装置及び光増幅器の実施形態を示す回路図である。光ファイバ伝送路６の途中に光増幅媒体としてのドープファイバ８が設けられており、ドープファイバ８のコア及びその近傍の部分には光励起（ポンピング）により利得を生じさせるためのＥｒ（エルビウム）等の希土類がドープされている。ドープファイバ８には光源１０からのポンプ光が図示しない光カプラ等を介して供給される。
【００３４】
光ファイバ伝送路６におけるドープファイバ８の上流側及び下流側にはそれぞれ光カプラ３１及び３２が設けられており、光カプラ３１及び３２に付随してそれぞれ本発明による制御回路２３及び２４が設けられている。光カプラ３１はドープファイバ８に入力される増幅されるべき光の一部を光ファイバ伝送路６から取り出して、これを制御回路２３のフォトダイオード１１に供給する。光カプラ３２はドープファイバ８から出力された増幅された光の一部を光ファイバ伝送路６から取り出して、これを制御回路２４のフォトダイオード１１に供給する。
【００３５】
制御回路２３及び２４の各々として、この実施形態では図４に示される制御回路が用いられている。制御回路２３の出力電圧は比較器９の一方の入力ポートに直接入力され、制御回路２４の出力電圧は分圧回路７を介して比較器９の他方の入力ポートに入力されている。
【００３６】
分圧回路７は制御回路２４の演算増幅器２２の出力ポートとグランドとの間に直列に接続された抵抗３１及び可変抵抗３２からなり、抵抗３１及び可変抵抗３２の接続点の電位が比較器９に入力されるようになっている。
【００３７】
比較器９は、その２つの入力ポートに与えられる電圧が等しくなるように例えばＬＤ（レーザダイオード）からなる光源１０を駆動する。従って、分圧回路７の可変抵抗３２を調節することによって、任意の利得を得ることができる。
【００３８】
また、制御回路２３及び２４の各々として本発明の制御回路が採用されているので、制御誤差を排除した正確な制御が可能になり、光増幅器の利得あるいは出力レベルを厳密に制御することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、制御誤差が生じ難い光源の制御装置を提供することが可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、そのような制御装置を備えた光源装置を提供することで可能になるという効果もある。更に、本発明によると、そのような光源装置を用いて、利得や出力レベルの厳密な制御が可能な光増幅器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明を適用可能な光ファイバ通信システムを示すブロック図である。
【図２】図２の（Ａ）は従来の光源の制御回路の構成を示す回路図、図２の（Ｂ）はその動作特性を説明するためのグラフである。
【図３】図３の（Ａ）は従来の光源の制御回路の構成を示す回路図、図３の（Ｂ）はその動作特性を説明するためのグラフである。
【図４】図４は本発明による光源の制御回路の実施形態を示す回路図である。
【図５】図５は図４に示される回路の動作を説明するための図である。
【図６】図６は本発明による光源装置及び光増幅器の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１光／電気変換回路
２電流／電圧変換回路
３積分回路
６光ファイバ伝送路
７分圧回路
８ドープファイバ
９比較器
１０光源
１１フォトダイオード
２１，２２演算増幅器
２３，２４制御回路
３１，３２光カプラ

Claims

フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるように前記フォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、
前記フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換して光源に供給する電流／電圧変換回路と、
前記電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路とを備えた光源の制御回路。
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるように前記フォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、
前記フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、
前記電流／電圧変換回路から出力された電圧が供給される光源と、
前記電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路とを備えた光源装置。
増幅されるべき光が供給される光増幅媒体と、
前記光増幅媒体で利得が生じるように前記光増幅媒体にポンプ光を供給するポンプ光源と、
前記光増幅媒体に供給される光及び前記光増幅媒体から出力される光の少なくともいずれかから分配された光を受けるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに光が入力したときにそのパワーに応じた電流が流れるように前記フォトダイオードに電圧を印加する電圧源と、
前記フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換して前記ポンプ光源に供給する電流／電圧変換回路と、
前記電流／電圧変換回路で生じるオフセット電圧を抑圧する積分回路とを備えた光増幅器。
請求項１，２及び３のいずれかに記載の光源の制御回路、光源装置又は光増幅器において、
前記電流／電圧変換回路は対数変換回路であることを特徴とするもの。
請求項４に記載の光源の制御回路、光源装置又は光増幅器において、
前記対数変換回路は、演算増幅器と、前記演算増幅器の出力ポートと２つの入力ポートのいずれかとを接続するダイオードとを含むことを特徴とするもの。