JP2004273481A - 光増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力光変化に応じて励起光源を駆動し、かつ励起光源の特性変化を補償して伝送品質の向上を図る。
【解決手段】光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａと、励起光を発出する励起光源１１ｂとから構成される。利得一定制御部１２は、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部１１に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａと、励起光を発出する励起光源１１ｂとから構成される。利得一定制御部１２は、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部１１に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅装置に関し、特にＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光信号を増幅する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送するＷＤＭ通信が注目され、実用に至っている。ＷＤＭシステムに用いられる重要なデバイスの１つとしては、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）がある。
【０００３】
ＥＤＦＡは、エルビウム（Ｅｒ３＋）添加ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を増幅用媒体とした光増幅器であり、励起光源（半導体レーザ）より出力された励起光をファイバに照射して光信号を進行させ、そのとき生じる誘導放出によって、光信号のレベルを増幅させるものである。
【０００４】
一方、励起光源は、駆動信号が与えられることで、所要の励起光を出力するが、経時劣化等によって励起光源の特性は変化するため、駆動信号と励起光パワーとの相関関係は変化してくる。例えば、励起光源から励起光パワーｐ１を出力させるためには駆動信号ｄ１であったものが、経時劣化によって励起光源の特性が変わると、励起光パワーｐ１を出力させるためには駆動信号ｄ２（ｄ１＜ｄ２）が必要であるというようなことが起きる。したがって、励起光源の駆動制御を行う場合には、励起光源の特性変化に見合った駆動信号で常に制御をかける必要がある。
【０００５】
従来、励起光源の駆動制御としては、環境温度に対して所要の励起光を出力させるためのデータにもとづき、このデータによって駆動したときの励起光を基準値とし、運用時の励起光と基準値とを比較することで、励起光源の温度補償及び劣化補償を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１７８３６号公報（段落番号〔００１７〕〜〔００３３〕，第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来技術では、励起光源の実際の劣化具合を認識してはおらず、また、入力光信号の変化については何ら考慮されていないために、劣化補償精度が低く、適用できるシステム環境が限られるといった問題があった。
【０００８】
図１１は従来技術の装置を概略的なブロック構成で示した図である。従来装置１００は、温度センサ１０１、データ記憶部１０２、１０５、励起制御部１０３、受光素子１０４、差動アンプ１０６、ＣＰＵ１０７から構成される。
【０００９】
データ記憶部１０２は、所定温度に対して、励起制御部１０３から一定の励起光を出力させるためのデータ（ＣＰＵ１０７によって定期的に書き替えられる）を記憶している。温度センサ１０１が周辺温度を検知すると、検知結果にもとづき、データ記憶部１０２は該当するデータを出力し、励起制御部１０３は受信したデータにもとづき励起光を出力する。また、受光素子１０４は、励起光を電気信号に変換し、データ記憶部１０５はそのフォトカレントをデータとして記憶する。
【００１０】
励起制御部１０３は、最初、データ記憶部１０２からのデータにもとづき励起光を出力する。そして、このときのフォトカレントとデータ記憶部１０５で記憶されているフォトカレントとの誤差が差動アンプ１０６を通じて励起制御部１０３に与えられ、励起制御部１０３はこの誤差をなくすように励起光出力を調整する。
【００１１】
従来装置１００では、ＣＰＵ１０７によってデータを更新して、温度補償だけでなく、劣化補償まで行うものとしているが、励起光源が実際に劣化してくる状態を検出してのデータ更新ではないので、駆動信号と励起光パワーとの相関関係が異なってくる時期に、ＣＰＵによるデータ更新タイミングを合わせることは難しいといえる。また、複数ユニットに同一の励起光源を使用した場合でも、ユニット毎に劣化状態は異なるので、各ユニットに設定される一律なデータでは、正確な劣化補償を行うことはできないので、従来装置１００で励起光源の劣化補償までカバーすることは実質的には困難である。
【００１２】
また、入力光信号がＷＤＭ信号の場合、波長多重されている波長数が変化したときは、利得変動及び過渡応答による悪影響を抑制するため、変化後の波長数に合せた励起光パワーを出力する必要があるが（例えば、４０波→１０波に波長多重数が減少したならば、励起光パワーも４０波対応の励起光パワーＰ４０から１０波対応の励起光パワーＰ１０にすみやかに変化させなければならない）、従来装置１００ではこのような入力光信号の変化に対しては考慮されてはいない。このため、波長数変化にもとづいて、入力光信号のレベルが変動するＷＤＭ信号のような光信号を扱うことができないので、従来装置１００を適用できる環境は限られてしまう。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、入力光変化に応じて励起光源を駆動し、かつ励起光源の特性変化を補償して伝送品質の向上を図った光増幅装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光信号を増幅する光増幅装置１０において、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａと、励起光を発出する励起光源１１ｂと、から構成され光増幅を行う光増幅部１１と、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部１１に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う利得一定制御部１２と、を有することを特徴とする光増幅装置１０が提供される。
【００１５】
ここで、光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａと、励起光を発出する励起光源１１ｂとから構成される。利得一定制御部１２は、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部１１に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の光増幅装置の原理図である。光増幅装置１０は、ＷＤＭ信号の光増幅を行う装置であり、光増幅部１１、利得一定制御部１２、劣化アラーム発出部１３から構成される。また、分波器Ｃ１、アイソレータＩｓ１、Ｉｓ２、受光素子（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）１ａ、１ｂを含む。
【００１７】
光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａ（以下、ＥＤＦ１１ａ）、励起光を発出する励起光源１１ｂ、合波器Ｃ２から構成される。また、利得一定制御部１２は、利得−励起光パワー相関部１２ａ、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂ、駆動信号出力部１２ｃから構成される。
【００１８】
分波器Ｃ１は、入力光信号を２方向に分岐し、一方はアイソレータＩｓ１側へ、他方はＰＤ１ａ側へ出力する。アイソレータＩｓ１へ流れる光信号は、アイソレータＩｓ１を通過して、合波器Ｃ２を介して励起光と合波され、ＥＤＦ１１ａで増幅された後、アイソレータＩｓ２を通過して出力する。
【００１９】
なお、アイソレータＩｓ１、Ｉｓ２は、図の矢印方向にのみ光を通し、逆方向には光を通さないデバイスであり、光ファイバ上の反射光がＥＤＦ１１ａに戻ってきて雑音を生じないようにＳ／Ｎ劣化防止のために設けられている。
【００２０】
一方、ＰＤ１ａ側へ流れた光信号は、ＰＤ１ａによって光／電気変換されて光電流（フォトカレント）となり、利得一定制御部１２に入力される。利得−励起光パワー相関部１２ａは、受信したフォトカレントにもとづき、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、入力光信号のレベル変動（入力光信号がＷＤＭ信号の場合、波長数が変化すると光信号のレベルも変動するので、以降ではレベル変動のことを波長数変化とも呼ぶ）に対応して設定すべき目標励起光パワーを求める。
【００２１】
駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求める。
【００２２】
なお、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、駆動信号を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで（励起光源１１ｂのバック光をＰＤ１ｂでフォトカレントに変換して、このフォトカレントから励起光パワー（バックパワー）を測定）、駆動信号及び励起光パワーの相関関数を取得する。そして、この相関関数にもとづき、目標励起光パワーから目標駆動信号を求める（図７で後述）。
【００２３】
駆動信号出力部１２ｃは、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行って、目標駆動信号を出力する。また、駆動信号出力部１２ｃは、ＡＰＣリミッタ処理を行って、上限値を超えない範囲の駆動信号を出力する。劣化アラーム発出部１３は、相関関数の相関スロープ（傾き）から励起光源１１ｂの劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行う。
【００２４】
なお、利得一定制御部１２は、フィードフォワードの制御系によって、利得一定制御を行う。すなわち、入力光信号と利得制御を施した後の出力光信号（ＥＤＦ１１ａ出力後の光信号）との差分情報から利得一定制御を行うフィードバック型ではなく、入力光信号のレベル変動から利得一定制御を直接施すフィードフォワード型の構成をとっており、制御の安定性に優れている（図５で後述）。
【００２５】
次にＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる過渡応答現象について説明する。過渡応答とは、制御系に入力を与えた場合、それが原因となって応答を生じ、この応答が新しい定常状態に達するまでに示す過渡的な経過のことをいう。入力するＷＤＭ信号の波長数の変化（入力光信号のレベル変化）に励起光制御がすみやかに対応できない例では、このことは、光サージとなって現れ、伝送エラーを引き起こす原因となる。
【００２６】
図２はＷＤＭ信号の波長数変化にもとづく励起光パワーの変化を示す図である。ＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）１１１は、例えば、λ１〜λ３９の３９波が波長多重されている光信号に、１波のλ４０をＡｄｄして、λ１〜λ４０の４０波を波長多重して出力する。光アンプ１１２には、λ１〜λ４０の４０波のＷＤＭ信号を増幅するために必要な励起光が入射され、λ１〜λ４０のＷＤＭ信号を増幅する。
【００２７】
このような状態から回線障害等が生じて、λ１〜λ３９の光信号が断したとする。λ１〜λ３９の光信号がＯＡＤＭ１１１に入力されなくなった場合でも、Ａｄｄするλ４０は生かさなければならない。このため、光アンプ１１２では、４０波対応から１波対応への励起光パワーに即座に落として、１波対応の励起光によってλ４０の光信号を増幅して送出する必要がある（すなわち、入力光信号のレベル変動に対応した励起光を送出するということ）。
【００２８】
図３、図４はＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる光サージを示す図である。図３のように、波長数の変化時、励起光パワーの切替え制御が遅いと、光アンプ１１２では１波の入力に対して４０波相当の励起光が入射する時間が長くなるので、利得が急激に変動してしまい、瞬間的に光アンプ１１２の出力部から高レベルな残存光（光サージ）が現れることになる。この光サージが伝送されると伝送エラーを起したり、また光アンプ１１２が多段接続されているような場合では、光サージが累積して増幅されることで、受信器が損壊してしまうといったおそれがある。
【００２９】
一方、図４のように、励起光パワーの切替え制御が速く行われると、１波の入力に対して４０波相当の励起光が入射する時間も短くなるので、利得の急激な変動を抑えることができ、光サージも抑制することができる。すなわち、入力光信号が変化した場合、励起光の切替え制御が遅いと、過渡応答特性も遅くなって（利得変動時間が長くなり）、高レベルの光サージが現れ、励起光の切替え制御が速いと、過渡応答特性も速くすることができ（利得変動時間が短い）、光サージを抑えることができる。
【００３０】
次に利得一定制御を行う際の制御系について説明する。光アンプでは、ＷＤＭ信号を一定の利得で一括して増幅している。このようにＥＤＦの利得を一定に保つことにより、ＥＤＦが持つ波長特性に起因する、異なる波長の各光信号に対する利得の偏差を管理することができる。一方、このような利得一定制御を行う場合には、フィードバック型とフィードフォワード型の２つの制御系がある。
【００３１】
図５はフィードバック型とフィードフォワード型の制御系を示す図である。（Ａ）はフィードバック型、（Ｂ）はフィードフォワード型を示している。フィードバック制御では、入力値と出力値とを比較して、誤差を検出して制御量を調整するタイプである。すなわち、（Ａ）では、入力光信号のレベルと、光アンプ１１２で増幅した後の光信号のレベルとを、励起制御部１１３で比較して、利得が一定となるように励起光パワーを調整する。
【００３２】
一方、フィードフォワード制御では、あらかじめ用意した制御情報にもとづき、制御結果を見越して、制御量を決め打ちするタイプである。すなわち、（Ｂ）では、入力光信号のレベルと励起光パワーとの相関情報をあらかじめ用意しておき、この相関情報にもとづき、励起制御部１１３は、利得が一定となるように励起光パワーを出力する。
【００３３】
（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合も、利得一定制御を実行できるが、（Ａ）に示すフィードバック制御では、利得制御後の光信号をフィードバックする線路がある分、時間遅延が生じるため、この遅延時間より速い入力変化に対しては追従できず、出力を安定に供給できないおそれがある。また、図３、図４で上述したような過渡応答特性を速めようとして（入力光の波長数変化による光サージを抑制しようとして）、システムの周波数帯域を上げると、制御が不安定化し、発振してしまうなどといった問題点がある。
【００３４】
一方、（Ｂ）に示すフィードフォワード制御では、フィードバックする線路がないため、時間遅延や発振のおそれがなく、速応性に優れている。このため、入力光信号の波長数変化に対しても光サージを抑制して、安定な利得一定制御を行うことが可能である。以上説明したことにより、本発明の光増幅装置１０では、フィードフォワード型の制御系を用いて、励起光源１１ｂを駆動し、かつ励起光源１１ｂの特性変化の補償を行う構成とする。これにより、光増幅制御の品質及び信頼性の向上を図るものである。
【００３５】
次に本発明の利得一定制御部１２の動作について詳しく説明する。図６は利得−励起光パワーの相関を示す図である。縦軸は利得、横軸は励起光パワーである。利得−励起光パワー相関部１２ａは、設定すべき目標利得と目標励起光パワーとの相関を、入力光信号のレベル毎（入力ＷＤＭ信号の波長多重数毎）に管理している。
【００３６】
例えば、１波から最大で８８波の波長が多重されるＷＤＭ信号に対しては、波長多重数に応じて、８８個の光信号のレベル値があるので、これらのレベル値に対して、利得を一定にするための励起光パワー情報を有している。すなわち、１つの目標利得に対して、この目標利得を得るための８８個の励起光パワーの情報を有している。
【００３７】
図６の場合、グラフＧ１ではＷＤＭ信号が８８波多重されている場合であって、設定すべき目標利得を利得Ｇｉｄｅａｌとすると、このとき目標利得Ｇｉｄｅａｌを得るためには励起光源１１ｂから励起光パワーＬｅｘ８８が出力される必要がある。また、グラフＧ２では、ＷＤＭ信号が４４波多重されている場合であって、目標利得Ｇｉｄｅａｌを得るためには、励起光源１１ｂから励起光パワーＬｅｘ４４が出力される必要がある。
【００３８】
このように、利得−励起光パワー相関部１２ａでは、目標利得Ｇｉｄｅａｌ（この値は入力光信号のレベル変動があっても一定値である）を得るための、入力光信号のレベル変動に対応した励起光パワーの情報を管理している。
【００３９】
図７は駆動信号−励起光パワーの相関を示す図である。縦軸は励起光パワーＬ、横軸は駆動信号Ｉ（電流値）である。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光パワーと、駆動信号との相関（Ｉ−Ｌカーブ）を管理している。利得−励起光パワー相関部１２ａから送られた情報が励起光パワーＬｅｘならば、初期状態のときの相関関数を用いると、対応する駆動信号は駆動信号Ｉ１となる。
【００４０】
また、この情報は、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂから駆動信号出力部１２ｃへ送られて、駆動信号出力部１２ｃから駆動信号Ｉ１の電流が励起光源１１ｂへ送出される。このような一連の制御によって、入力光信号のレベルに変動が生じた場合でも、利得を一定に保つことができる。
【００４１】
次に図７に示したＩ−Ｌカーブについて説明する。駆動信号の電流値をＩ、そのときの励起光パワーをＬ（Ｉ）とすると、励起光源１１ｂに半導体レーザを用いた場合、発振しきい値をＩｔｈ、変換効率をηと表すと、励起光パワーと駆動信号との間には、以下の１次近似式（相関関数）が成立する。
【００４２】
【数１】
Ｌ（Ｉ）＝η・（Ｉ−Ｉｔｈ） （１）
一方、励起光源１１ｂにおいては、経時劣化等の原因によって、上式に示す発振しきい値Ｉｔｈと変換効率ηの双方に変化が生じる。したがって、利得−励起光パワー相関部１２ａで求めた励起光パワーから駆動信号を求める場合には、経時劣化に対応した相関関数を使用して、駆動信号を求める必要がある。
【００４３】
ここで、初期状態のときの相関関数Ｌ１（Ｉ）に対し、発振しきい値をＩｔｈ１、変換効率をη１とすると、
【００４４】
【数２】
Ｌ１（Ｉ）＝η１・（Ｉ−Ｉｔｈ１） （２）
であり、ある経時劣化が生じた場合の相関関数Ｌ２（Ｉ）に対し、発振しきい値をＩｔｈ２、変換効率をη２とすると、
【００４５】
【数３】
Ｌ２（Ｉ）＝η２・（Ｉ−Ｉｔｈ２） （３）
となる。ここで、利得−励起光パワー相関部１２ａで求められた励起光パワーがＬｅｘであった場合、初期運用状態では相関関数Ｌ１（Ｉ）により駆動信号の値はＩ１である。ところが、運用後、経時劣化が生じると、Ｉ−Ｌカーブの傾きが小さくなってくるため、運用開始時には励起光パワーＬｅｘに対して駆動信号Ｉ１であったものが、経時劣化後には相関関数Ｌ２（Ｉ）により、励起光パワーＬｅｘに対して駆動信号Ｉ２が必要となる。したがって、このような相関関数の変化を考慮していないと、経時劣化が生じている場合でも駆動信号Ｉ１を出し続けることになり、利得を一定に保持することはできなくなる。
【００４６】
次に経時劣化によって変化する相関関数の生成方法について説明する。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂでは、駆動信号の電流値を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで、初期状態から変化する相関関数を生成する。例えば、図７に示す相関関数Ｌ２（Ｉ）を生成する場合を考える。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、まず、駆動信号Ｉａの出力指示を駆動信号出力部１２ｃに与え、駆動信号出力部１２ｃは、駆動信号Ｉａを励起光源１１ｂに出力する。
【００４７】
このとき、ＰＤ１ｂは、励起光源１１ｂからのバック光を検出し、バック光のフォトカレントを駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂへ送信する。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、このフォトカレントを励起光パワーに換算して、駆動信号Ｉａを出力した場合の励起光パワーＬａを取得する。同様にして、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、駆動信号Ｉｂを出力して、このときの励起光パワーＬｂを得る。
【００４８】
駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、上記の操作によって、２点（Ｉａ、Ｌａ）、（Ｉｂ、Ｌｂ）を得ることができたので、相関関数Ｌ２（Ｉ）のＩ−Ｌカーブを作成することができる。したがって、装置運用時には、このように生成した最新の相関関数を使用して、励起光パワーに対応する駆動信号を求める。
【００４９】
例えば、運用中経時劣化が生じて、デフォルトの相関関数Ｌ１（Ｉ）から、相関関数Ｌ２（Ｉ）へ変化している場合では、相関関数Ｌ２（Ｉ）は自律的に測定して求めてあるので、相関関数Ｌ２（Ｉ）を使って、目標励起光パワーＬｅｘに対応する目標駆動信号Ｉ２を求めることができる。
【００５０】
これにより、励起光源１１ｂに経時劣化が生じている場合でも、その状態に応じて、所要の励起光パワーを出力させるための駆動信号を得ることができるので劣化補償を行うことが可能になる。また、実際に経時劣化を引き起こしている励起光源１１ｂから駆動信号−励起光パワー相関情報を取得しているので、外部から設定値を与えてデータを更新する従来技術とくらべて、はるかに高精度の劣化補償を行うことが可能になる。
【００５１】
図８は利得一定制御の動作フローを示す図である。
〔Ｓ１〕利得−励起光パワー相関部１２ａは、入力光信号のレベルをＰＤ１ａからのフォトカレントによって認識する（具体的には、フォトカレントをさらに電圧に変換し、ログアンプを用いて対数変換を施す。例えば、入力電圧をＶＩＮ、出力電圧をＶＯＵＴとすれば、ＶＯＵＴ ＝ ｋ・ｌｏｇ ＶＩＮと対数変換する）。
〔Ｓ２〕利得−励起光パワー相関部１２ａは、認識したレベルにもとづき、目標利得を実現するための目標励起光パワーを取得する。
〔Ｓ３〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、Ｉ−Ｌカーブ（相関関数）作成用の駆動信号送出指示を駆動信号出力部１２ｃへ与え、駆動信号出力部１２ｃは該当の駆動信号を励起光源１１ｂへ出力する。
〔Ｓ４〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光源１１ｂのバックパワーをＰＤ１ｂからのフォトカレントによって認識する。
〔Ｓ５〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光源１１ｂの特性変化に見合った（経時劣化状態に対応した）Ｉ−Ｌカーブを生成する。
〔Ｓ６〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、利得−励起光パワー相関部１２ａで求められた目標励起光パワーに対応する目標駆動信号の値を、最新のＩ−Ｌカーブから求める。
〔Ｓ７〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、ステップＳ６で求めた駆動信号送出指示を駆動信号出力部１２ｃへ与え、駆動信号出力部１２ｃは該当の駆動信号を励起光源１１ｂへ出力する。これにより、入力光信号にレベル変動があった場合でも利得を一定に制御することができ、かつ励起光源１１ｂに経時劣化が生じた場合でも劣化補償を行うことが可能になる。
【００５２】
次に劣化アラーム発出部１３について説明する。図７に示したように、経時劣化が生じるとＩ−Ｌカーブの傾きが小さくなってくるので、所望の励起光パワーを出力させるためには、駆動信号の値も大きな値が必要となってくる。
【００５３】
ところが、励起光源１１ｂには駆動信号の上限値があるため、使用できるＩ−Ｌカーブにも限りがでてくる。すなわち、駆動信号の上限値を超えない程度の傾きを持つＩ−Ｌカーブが使用限界となる（なお、実際には、駆動信号出力部１２ｃでは、駆動信号の上限値を超えないようにＡＰＣリミッタ処理を行っているので、Ｉ−Ｌカーブからそのまま求めた駆動信号上限値を超える値が出力されるようなことはない）。
【００５４】
したがって、劣化アラーム発出部１３では、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂから、Ｉ−Ｌカーブの傾き（相関関数の相関スロープ）情報を得て、傾き情報があらかじめ設定した値を超えた場合には、励起光源１１ｂの劣化状態が相当程度進んでいるものとして、アラームを保守者に通知するようにする。
【００５５】
次に光増幅装置１０の構成変形例について説明する。図９は光増幅装置の構成を示す図である。図１の光増幅装置１０では、励起光源１１ｂのバック光をＰＤ１ｂで受ける構成であったが、図に示す光増幅装置１０ａでは、ＥＤＦ１１ａの増幅出力部とアイソレータＩｓ２の入力部の間にＷＤＭカプラＣ３を設けて、ＷＤＭカプラＣ３で分岐された励起光をＰＤ１ｂで受ける構成としている。その他の構成は光増幅装置１０と同じなので説明は省略する。
【００５６】
図１０は光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置１０ｂに対し、図１の光増幅装置１０と異なる点は、アイソレータＩｓ２の出力部に分波器Ｃ４を設け、分波器Ｃ４の一方の分岐出力部にＷＤＭカプラＣ５を設ける構成とした点である。分波器Ｃ４でＷＤＭカプラＣ５側へ分岐された（光信号＋励起光）は、ＷＤＭカプラＣ５によって、励起光のみがＰＤ１ｂ側へ分岐され、この励起光をＰＤ１ｂで受けている。その他の構成は光増幅装置１０と同じなので説明は省略する。
【００５７】
（付記１） 光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体と、励起光を発出する励起光源と、から構成され光増幅を行う光増幅部と、
利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、前記励起光源を駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、前記目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、前記光増幅部に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う利得一定制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【００５８】
（付記２） 前記利得一定制御部は、入力光信号の波長多重数変化から生じるレベル変動毎の利得及び励起光パワーの相関を有し、目標利得に対し、波長多重数変化から生じるレベル変動に対応した目標励起光パワーを求めることを特徴とする付記１記載の光増幅装置。
【００５９】
（付記３） 前記利得一定制御部は、駆動信号を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで、励起光源の特性変化に見合った、駆動信号及び励起光パワーの相関関数を生成し、前記相関関数にもとづき、目標励起光パワーから目標駆動信号を求めることを特徴とする付記１記載の光増幅装置。
【００６０】
（付記４） 前記相関関数の相関スロープから前記励起光源の劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行う劣化アラーム発出部をさらに有することを特徴とする付記３記載の光増幅装置。
【００６１】
（付記５） 光信号の増幅を行う際に利得を一定に制御する利得制御方法において、
入力光信号のレベルを認識し、
認識したレベルにもとづき、目標利得を実現するための目標励起光パワーを取得し、
駆動信号及び励起光パワーの相関を表す相関関数を作成するための駆動信号を定期的に送出して、励起光パワーを取得し、
駆動信号及び取得した励起光パワーから、励起光源の特性変化に見合った相関関数を生成し、
生成した相関関数にもとづき、前記目標励起光パワーに対応する目標駆動信号を求め、
目標駆動信号により励起光源を駆動することで、フィードフォワード制御系による利得一定制御を行うことを特徴とする利得制御方法。
【００６２】
（付記６） 前記相関関数の相関スロープから前記励起光源の劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行うことを特徴とする付記５記載の利得制御方法。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅装置は、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源を駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う構成とした。これにより、入力光変化に応じた励起光源の駆動及び励起光源の特性変化の補償を行うことができるので、伝送品質及び信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅装置の原理図である。
【図２】ＷＤＭ信号の波長数変化にもとづく励起光パワーの変化を示す図である。
【図３】ＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる光サージを示す図である。
【図４】ＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる光サージを示す図である。
【図５】フィードバック型とフィードフォワード型の制御系を示す図である。（Ａ）はフィードバック型、（Ｂ）はフィードフォワード型を示す図である。
【図６】利得−励起光パワーの相関を示す図である。
【図７】駆動信号−励起光パワーの相関を示す図である。
【図８】利得一定制御の動作フローを示す図である。
【図９】光増幅装置の構成を示す図である。
【図１０】光増幅装置の構成を示す図である。
【図１１】従来技術の装置を概略的なブロック構成で示した図である。
【符号の説明】
１０ 光増幅装置
１１ 光増幅部
１１ａ ＥＤＦ
１１ｂ 励起光源
１２ 利得一定制御部
１２ａ 利得−励起光パワー相関部
１２ｂ 駆動信号−励起光パワー相関部
１２ｃ 駆動信号出力部
１３ 劣化アラーム発出部
１ａ、１ｂ ＰＤ
Ｃ１ 分波器
Ｃ２ 合波器
Ｉｓ１、Ｉｓ２ アイソレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅装置に関し、特にＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光信号を増幅する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送するＷＤＭ通信が注目され、実用に至っている。ＷＤＭシステムに用いられる重要なデバイスの１つとしては、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）がある。
【０００３】
ＥＤＦＡは、エルビウム（Ｅｒ３＋）添加ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を増幅用媒体とした光増幅器であり、励起光源（半導体レーザ）より出力された励起光をファイバに照射して光信号を進行させ、そのとき生じる誘導放出によって、光信号のレベルを増幅させるものである。
【０００４】
一方、励起光源は、駆動信号が与えられることで、所要の励起光を出力するが、経時劣化等によって励起光源の特性は変化するため、駆動信号と励起光パワーとの相関関係は変化してくる。例えば、励起光源から励起光パワーｐ１を出力させるためには駆動信号ｄ１であったものが、経時劣化によって励起光源の特性が変わると、励起光パワーｐ１を出力させるためには駆動信号ｄ２（ｄ１＜ｄ２）が必要であるというようなことが起きる。したがって、励起光源の駆動制御を行う場合には、励起光源の特性変化に見合った駆動信号で常に制御をかける必要がある。
【０００５】
従来、励起光源の駆動制御としては、環境温度に対して所要の励起光を出力させるためのデータにもとづき、このデータによって駆動したときの励起光を基準値とし、運用時の励起光と基準値とを比較することで、励起光源の温度補償及び劣化補償を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１７８３６号公報（段落番号〔００１７〕〜〔００３３〕，第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来技術では、励起光源の実際の劣化具合を認識してはおらず、また、入力光信号の変化については何ら考慮されていないために、劣化補償精度が低く、適用できるシステム環境が限られるといった問題があった。
【０００８】
図１１は従来技術の装置を概略的なブロック構成で示した図である。従来装置１００は、温度センサ１０１、データ記憶部１０２、１０５、励起制御部１０３、受光素子１０４、差動アンプ１０６、ＣＰＵ１０７から構成される。
【０００９】
データ記憶部１０２は、所定温度に対して、励起制御部１０３から一定の励起光を出力させるためのデータ（ＣＰＵ１０７によって定期的に書き替えられる）を記憶している。温度センサ１０１が周辺温度を検知すると、検知結果にもとづき、データ記憶部１０２は該当するデータを出力し、励起制御部１０３は受信したデータにもとづき励起光を出力する。また、受光素子１０４は、励起光を電気信号に変換し、データ記憶部１０５はそのフォトカレントをデータとして記憶する。
【００１０】
励起制御部１０３は、最初、データ記憶部１０２からのデータにもとづき励起光を出力する。そして、このときのフォトカレントとデータ記憶部１０５で記憶されているフォトカレントとの誤差が差動アンプ１０６を通じて励起制御部１０３に与えられ、励起制御部１０３はこの誤差をなくすように励起光出力を調整する。
【００１１】
従来装置１００では、ＣＰＵ１０７によってデータを更新して、温度補償だけでなく、劣化補償まで行うものとしているが、励起光源が実際に劣化してくる状態を検出してのデータ更新ではないので、駆動信号と励起光パワーとの相関関係が異なってくる時期に、ＣＰＵによるデータ更新タイミングを合わせることは難しいといえる。また、複数ユニットに同一の励起光源を使用した場合でも、ユニット毎に劣化状態は異なるので、各ユニットに設定される一律なデータでは、正確な劣化補償を行うことはできないので、従来装置１００で励起光源の劣化補償までカバーすることは実質的には困難である。
【００１２】
また、入力光信号がＷＤＭ信号の場合、波長多重されている波長数が変化したときは、利得変動及び過渡応答による悪影響を抑制するため、変化後の波長数に合せた励起光パワーを出力する必要があるが（例えば、４０波→１０波に波長多重数が減少したならば、励起光パワーも４０波対応の励起光パワーＰ４０から１０波対応の励起光パワーＰ１０にすみやかに変化させなければならない）、従来装置１００ではこのような入力光信号の変化に対しては考慮されてはいない。このため、波長数変化にもとづいて、入力光信号のレベルが変動するＷＤＭ信号のような光信号を扱うことができないので、従来装置１００を適用できる環境は限られてしまう。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、入力光変化に応じて励起光源を駆動し、かつ励起光源の特性変化を補償して伝送品質の向上を図った光増幅装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光信号を増幅する光増幅装置１０において、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａと、励起光を発出する励起光源１１ｂと、から構成され光増幅を行う光増幅部１１と、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部１１に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う利得一定制御部１２と、を有することを特徴とする光増幅装置１０が提供される。
【００１５】
ここで、光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａと、励起光を発出する励起光源１１ｂとから構成される。利得一定制御部１２は、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部１１に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の光増幅装置の原理図である。光増幅装置１０は、ＷＤＭ信号の光増幅を行う装置であり、光増幅部１１、利得一定制御部１２、劣化アラーム発出部１３から構成される。また、分波器Ｃ１、アイソレータＩｓ１、Ｉｓ２、受光素子（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）１ａ、１ｂを含む。
【００１７】
光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体１１ａ（以下、ＥＤＦ１１ａ）、励起光を発出する励起光源１１ｂ、合波器Ｃ２から構成される。また、利得一定制御部１２は、利得−励起光パワー相関部１２ａ、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂ、駆動信号出力部１２ｃから構成される。
【００１８】
分波器Ｃ１は、入力光信号を２方向に分岐し、一方はアイソレータＩｓ１側へ、他方はＰＤ１ａ側へ出力する。アイソレータＩｓ１へ流れる光信号は、アイソレータＩｓ１を通過して、合波器Ｃ２を介して励起光と合波され、ＥＤＦ１１ａで増幅された後、アイソレータＩｓ２を通過して出力する。
【００１９】
なお、アイソレータＩｓ１、Ｉｓ２は、図の矢印方向にのみ光を通し、逆方向には光を通さないデバイスであり、光ファイバ上の反射光がＥＤＦ１１ａに戻ってきて雑音を生じないようにＳ／Ｎ劣化防止のために設けられている。
【００２０】
一方、ＰＤ１ａ側へ流れた光信号は、ＰＤ１ａによって光／電気変換されて光電流（フォトカレント）となり、利得一定制御部１２に入力される。利得−励起光パワー相関部１２ａは、受信したフォトカレントにもとづき、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、入力光信号のレベル変動（入力光信号がＷＤＭ信号の場合、波長数が変化すると光信号のレベルも変動するので、以降ではレベル変動のことを波長数変化とも呼ぶ）に対応して設定すべき目標励起光パワーを求める。
【００２１】
駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光源１１ｂを駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求める。
【００２２】
なお、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、駆動信号を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで（励起光源１１ｂのバック光をＰＤ１ｂでフォトカレントに変換して、このフォトカレントから励起光パワー（バックパワー）を測定）、駆動信号及び励起光パワーの相関関数を取得する。そして、この相関関数にもとづき、目標励起光パワーから目標駆動信号を求める（図７で後述）。
【００２３】
駆動信号出力部１２ｃは、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行って、目標駆動信号を出力する。また、駆動信号出力部１２ｃは、ＡＰＣリミッタ処理を行って、上限値を超えない範囲の駆動信号を出力する。劣化アラーム発出部１３は、相関関数の相関スロープ（傾き）から励起光源１１ｂの劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行う。
【００２４】
なお、利得一定制御部１２は、フィードフォワードの制御系によって、利得一定制御を行う。すなわち、入力光信号と利得制御を施した後の出力光信号（ＥＤＦ１１ａ出力後の光信号）との差分情報から利得一定制御を行うフィードバック型ではなく、入力光信号のレベル変動から利得一定制御を直接施すフィードフォワード型の構成をとっており、制御の安定性に優れている（図５で後述）。
【００２５】
次にＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる過渡応答現象について説明する。過渡応答とは、制御系に入力を与えた場合、それが原因となって応答を生じ、この応答が新しい定常状態に達するまでに示す過渡的な経過のことをいう。入力するＷＤＭ信号の波長数の変化（入力光信号のレベル変化）に励起光制御がすみやかに対応できない例では、このことは、光サージとなって現れ、伝送エラーを引き起こす原因となる。
【００２６】
図２はＷＤＭ信号の波長数変化にもとづく励起光パワーの変化を示す図である。ＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）１１１は、例えば、λ１〜λ３９の３９波が波長多重されている光信号に、１波のλ４０をＡｄｄして、λ１〜λ４０の４０波を波長多重して出力する。光アンプ１１２には、λ１〜λ４０の４０波のＷＤＭ信号を増幅するために必要な励起光が入射され、λ１〜λ４０のＷＤＭ信号を増幅する。
【００２７】
このような状態から回線障害等が生じて、λ１〜λ３９の光信号が断したとする。λ１〜λ３９の光信号がＯＡＤＭ１１１に入力されなくなった場合でも、Ａｄｄするλ４０は生かさなければならない。このため、光アンプ１１２では、４０波対応から１波対応への励起光パワーに即座に落として、１波対応の励起光によってλ４０の光信号を増幅して送出する必要がある（すなわち、入力光信号のレベル変動に対応した励起光を送出するということ）。
【００２８】
図３、図４はＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる光サージを示す図である。図３のように、波長数の変化時、励起光パワーの切替え制御が遅いと、光アンプ１１２では１波の入力に対して４０波相当の励起光が入射する時間が長くなるので、利得が急激に変動してしまい、瞬間的に光アンプ１１２の出力部から高レベルな残存光（光サージ）が現れることになる。この光サージが伝送されると伝送エラーを起したり、また光アンプ１１２が多段接続されているような場合では、光サージが累積して増幅されることで、受信器が損壊してしまうといったおそれがある。
【００２９】
一方、図４のように、励起光パワーの切替え制御が速く行われると、１波の入力に対して４０波相当の励起光が入射する時間も短くなるので、利得の急激な変動を抑えることができ、光サージも抑制することができる。すなわち、入力光信号が変化した場合、励起光の切替え制御が遅いと、過渡応答特性も遅くなって（利得変動時間が長くなり）、高レベルの光サージが現れ、励起光の切替え制御が速いと、過渡応答特性も速くすることができ（利得変動時間が短い）、光サージを抑えることができる。
【００３０】
次に利得一定制御を行う際の制御系について説明する。光アンプでは、ＷＤＭ信号を一定の利得で一括して増幅している。このようにＥＤＦの利得を一定に保つことにより、ＥＤＦが持つ波長特性に起因する、異なる波長の各光信号に対する利得の偏差を管理することができる。一方、このような利得一定制御を行う場合には、フィードバック型とフィードフォワード型の２つの制御系がある。
【００３１】
図５はフィードバック型とフィードフォワード型の制御系を示す図である。（Ａ）はフィードバック型、（Ｂ）はフィードフォワード型を示している。フィードバック制御では、入力値と出力値とを比較して、誤差を検出して制御量を調整するタイプである。すなわち、（Ａ）では、入力光信号のレベルと、光アンプ１１２で増幅した後の光信号のレベルとを、励起制御部１１３で比較して、利得が一定となるように励起光パワーを調整する。
【００３２】
一方、フィードフォワード制御では、あらかじめ用意した制御情報にもとづき、制御結果を見越して、制御量を決め打ちするタイプである。すなわち、（Ｂ）では、入力光信号のレベルと励起光パワーとの相関情報をあらかじめ用意しておき、この相関情報にもとづき、励起制御部１１３は、利得が一定となるように励起光パワーを出力する。
【００３３】
（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合も、利得一定制御を実行できるが、（Ａ）に示すフィードバック制御では、利得制御後の光信号をフィードバックする線路がある分、時間遅延が生じるため、この遅延時間より速い入力変化に対しては追従できず、出力を安定に供給できないおそれがある。また、図３、図４で上述したような過渡応答特性を速めようとして（入力光の波長数変化による光サージを抑制しようとして）、システムの周波数帯域を上げると、制御が不安定化し、発振してしまうなどといった問題点がある。
【００３４】
一方、（Ｂ）に示すフィードフォワード制御では、フィードバックする線路がないため、時間遅延や発振のおそれがなく、速応性に優れている。このため、入力光信号の波長数変化に対しても光サージを抑制して、安定な利得一定制御を行うことが可能である。以上説明したことにより、本発明の光増幅装置１０では、フィードフォワード型の制御系を用いて、励起光源１１ｂを駆動し、かつ励起光源１１ｂの特性変化の補償を行う構成とする。これにより、光増幅制御の品質及び信頼性の向上を図るものである。
【００３５】
次に本発明の利得一定制御部１２の動作について詳しく説明する。図６は利得−励起光パワーの相関を示す図である。縦軸は利得、横軸は励起光パワーである。利得−励起光パワー相関部１２ａは、設定すべき目標利得と目標励起光パワーとの相関を、入力光信号のレベル毎（入力ＷＤＭ信号の波長多重数毎）に管理している。
【００３６】
例えば、１波から最大で８８波の波長が多重されるＷＤＭ信号に対しては、波長多重数に応じて、８８個の光信号のレベル値があるので、これらのレベル値に対して、利得を一定にするための励起光パワー情報を有している。すなわち、１つの目標利得に対して、この目標利得を得るための８８個の励起光パワーの情報を有している。
【００３７】
図６の場合、グラフＧ１ではＷＤＭ信号が８８波多重されている場合であって、設定すべき目標利得を利得Ｇｉｄｅａｌとすると、このとき目標利得Ｇｉｄｅａｌを得るためには励起光源１１ｂから励起光パワーＬｅｘ８８が出力される必要がある。また、グラフＧ２では、ＷＤＭ信号が４４波多重されている場合であって、目標利得Ｇｉｄｅａｌを得るためには、励起光源１１ｂから励起光パワーＬｅｘ４４が出力される必要がある。
【００３８】
このように、利得−励起光パワー相関部１２ａでは、目標利得Ｇｉｄｅａｌ（この値は入力光信号のレベル変動があっても一定値である）を得るための、入力光信号のレベル変動に対応した励起光パワーの情報を管理している。
【００３９】
図７は駆動信号−励起光パワーの相関を示す図である。縦軸は励起光パワーＬ、横軸は駆動信号Ｉ（電流値）である。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光パワーと、駆動信号との相関（Ｉ−Ｌカーブ）を管理している。利得−励起光パワー相関部１２ａから送られた情報が励起光パワーＬｅｘならば、初期状態のときの相関関数を用いると、対応する駆動信号は駆動信号Ｉ１となる。
【００４０】
また、この情報は、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂから駆動信号出力部１２ｃへ送られて、駆動信号出力部１２ｃから駆動信号Ｉ１の電流が励起光源１１ｂへ送出される。このような一連の制御によって、入力光信号のレベルに変動が生じた場合でも、利得を一定に保つことができる。
【００４１】
次に図７に示したＩ−Ｌカーブについて説明する。駆動信号の電流値をＩ、そのときの励起光パワーをＬ（Ｉ）とすると、励起光源１１ｂに半導体レーザを用いた場合、発振しきい値をＩｔｈ、変換効率をηと表すと、励起光パワーと駆動信号との間には、以下の１次近似式（相関関数）が成立する。
【００４２】
【数１】
Ｌ（Ｉ）＝η・（Ｉ−Ｉｔｈ） （１）
一方、励起光源１１ｂにおいては、経時劣化等の原因によって、上式に示す発振しきい値Ｉｔｈと変換効率ηの双方に変化が生じる。したがって、利得−励起光パワー相関部１２ａで求めた励起光パワーから駆動信号を求める場合には、経時劣化に対応した相関関数を使用して、駆動信号を求める必要がある。
【００４３】
ここで、初期状態のときの相関関数Ｌ１（Ｉ）に対し、発振しきい値をＩｔｈ１、変換効率をη１とすると、
【００４４】
【数２】
Ｌ１（Ｉ）＝η１・（Ｉ−Ｉｔｈ１） （２）
であり、ある経時劣化が生じた場合の相関関数Ｌ２（Ｉ）に対し、発振しきい値をＩｔｈ２、変換効率をη２とすると、
【００４５】
【数３】
Ｌ２（Ｉ）＝η２・（Ｉ−Ｉｔｈ２） （３）
となる。ここで、利得−励起光パワー相関部１２ａで求められた励起光パワーがＬｅｘであった場合、初期運用状態では相関関数Ｌ１（Ｉ）により駆動信号の値はＩ１である。ところが、運用後、経時劣化が生じると、Ｉ−Ｌカーブの傾きが小さくなってくるため、運用開始時には励起光パワーＬｅｘに対して駆動信号Ｉ１であったものが、経時劣化後には相関関数Ｌ２（Ｉ）により、励起光パワーＬｅｘに対して駆動信号Ｉ２が必要となる。したがって、このような相関関数の変化を考慮していないと、経時劣化が生じている場合でも駆動信号Ｉ１を出し続けることになり、利得を一定に保持することはできなくなる。
【００４６】
次に経時劣化によって変化する相関関数の生成方法について説明する。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂでは、駆動信号の電流値を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで、初期状態から変化する相関関数を生成する。例えば、図７に示す相関関数Ｌ２（Ｉ）を生成する場合を考える。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、まず、駆動信号Ｉａの出力指示を駆動信号出力部１２ｃに与え、駆動信号出力部１２ｃは、駆動信号Ｉａを励起光源１１ｂに出力する。
【００４７】
このとき、ＰＤ１ｂは、励起光源１１ｂからのバック光を検出し、バック光のフォトカレントを駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂへ送信する。駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、このフォトカレントを励起光パワーに換算して、駆動信号Ｉａを出力した場合の励起光パワーＬａを取得する。同様にして、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、駆動信号Ｉｂを出力して、このときの励起光パワーＬｂを得る。
【００４８】
駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、上記の操作によって、２点（Ｉａ、Ｌａ）、（Ｉｂ、Ｌｂ）を得ることができたので、相関関数Ｌ２（Ｉ）のＩ−Ｌカーブを作成することができる。したがって、装置運用時には、このように生成した最新の相関関数を使用して、励起光パワーに対応する駆動信号を求める。
【００４９】
例えば、運用中経時劣化が生じて、デフォルトの相関関数Ｌ１（Ｉ）から、相関関数Ｌ２（Ｉ）へ変化している場合では、相関関数Ｌ２（Ｉ）は自律的に測定して求めてあるので、相関関数Ｌ２（Ｉ）を使って、目標励起光パワーＬｅｘに対応する目標駆動信号Ｉ２を求めることができる。
【００５０】
これにより、励起光源１１ｂに経時劣化が生じている場合でも、その状態に応じて、所要の励起光パワーを出力させるための駆動信号を得ることができるので劣化補償を行うことが可能になる。また、実際に経時劣化を引き起こしている励起光源１１ｂから駆動信号−励起光パワー相関情報を取得しているので、外部から設定値を与えてデータを更新する従来技術とくらべて、はるかに高精度の劣化補償を行うことが可能になる。
【００５１】
図８は利得一定制御の動作フローを示す図である。
〔Ｓ１〕利得−励起光パワー相関部１２ａは、入力光信号のレベルをＰＤ１ａからのフォトカレントによって認識する（具体的には、フォトカレントをさらに電圧に変換し、ログアンプを用いて対数変換を施す。例えば、入力電圧をＶＩＮ、出力電圧をＶＯＵＴとすれば、ＶＯＵＴ ＝ ｋ・ｌｏｇ ＶＩＮと対数変換する）。
〔Ｓ２〕利得−励起光パワー相関部１２ａは、認識したレベルにもとづき、目標利得を実現するための目標励起光パワーを取得する。
〔Ｓ３〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、Ｉ−Ｌカーブ（相関関数）作成用の駆動信号送出指示を駆動信号出力部１２ｃへ与え、駆動信号出力部１２ｃは該当の駆動信号を励起光源１１ｂへ出力する。
〔Ｓ４〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光源１１ｂのバックパワーをＰＤ１ｂからのフォトカレントによって認識する。
〔Ｓ５〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、励起光源１１ｂの特性変化に見合った（経時劣化状態に対応した）Ｉ−Ｌカーブを生成する。
〔Ｓ６〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、利得−励起光パワー相関部１２ａで求められた目標励起光パワーに対応する目標駆動信号の値を、最新のＩ−Ｌカーブから求める。
〔Ｓ７〕駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂは、ステップＳ６で求めた駆動信号送出指示を駆動信号出力部１２ｃへ与え、駆動信号出力部１２ｃは該当の駆動信号を励起光源１１ｂへ出力する。これにより、入力光信号にレベル変動があった場合でも利得を一定に制御することができ、かつ励起光源１１ｂに経時劣化が生じた場合でも劣化補償を行うことが可能になる。
【００５２】
次に劣化アラーム発出部１３について説明する。図７に示したように、経時劣化が生じるとＩ−Ｌカーブの傾きが小さくなってくるので、所望の励起光パワーを出力させるためには、駆動信号の値も大きな値が必要となってくる。
【００５３】
ところが、励起光源１１ｂには駆動信号の上限値があるため、使用できるＩ−Ｌカーブにも限りがでてくる。すなわち、駆動信号の上限値を超えない程度の傾きを持つＩ−Ｌカーブが使用限界となる（なお、実際には、駆動信号出力部１２ｃでは、駆動信号の上限値を超えないようにＡＰＣリミッタ処理を行っているので、Ｉ−Ｌカーブからそのまま求めた駆動信号上限値を超える値が出力されるようなことはない）。
【００５４】
したがって、劣化アラーム発出部１３では、駆動信号−励起光パワー相関部１２ｂから、Ｉ−Ｌカーブの傾き（相関関数の相関スロープ）情報を得て、傾き情報があらかじめ設定した値を超えた場合には、励起光源１１ｂの劣化状態が相当程度進んでいるものとして、アラームを保守者に通知するようにする。
【００５５】
次に光増幅装置１０の構成変形例について説明する。図９は光増幅装置の構成を示す図である。図１の光増幅装置１０では、励起光源１１ｂのバック光をＰＤ１ｂで受ける構成であったが、図に示す光増幅装置１０ａでは、ＥＤＦ１１ａの増幅出力部とアイソレータＩｓ２の入力部の間にＷＤＭカプラＣ３を設けて、ＷＤＭカプラＣ３で分岐された励起光をＰＤ１ｂで受ける構成としている。その他の構成は光増幅装置１０と同じなので説明は省略する。
【００５６】
図１０は光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置１０ｂに対し、図１の光増幅装置１０と異なる点は、アイソレータＩｓ２の出力部に分波器Ｃ４を設け、分波器Ｃ４の一方の分岐出力部にＷＤＭカプラＣ５を設ける構成とした点である。分波器Ｃ４でＷＤＭカプラＣ５側へ分岐された（光信号＋励起光）は、ＷＤＭカプラＣ５によって、励起光のみがＰＤ１ｂ側へ分岐され、この励起光をＰＤ１ｂで受けている。その他の構成は光増幅装置１０と同じなので説明は省略する。
【００５７】
（付記１） 光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体と、励起光を発出する励起光源と、から構成され光増幅を行う光増幅部と、
利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、前記励起光源を駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、前記目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、前記光増幅部に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う利得一定制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【００５８】
（付記２） 前記利得一定制御部は、入力光信号の波長多重数変化から生じるレベル変動毎の利得及び励起光パワーの相関を有し、目標利得に対し、波長多重数変化から生じるレベル変動に対応した目標励起光パワーを求めることを特徴とする付記１記載の光増幅装置。
【００５９】
（付記３） 前記利得一定制御部は、駆動信号を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで、励起光源の特性変化に見合った、駆動信号及び励起光パワーの相関関数を生成し、前記相関関数にもとづき、目標励起光パワーから目標駆動信号を求めることを特徴とする付記１記載の光増幅装置。
【００６０】
（付記４） 前記相関関数の相関スロープから前記励起光源の劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行う劣化アラーム発出部をさらに有することを特徴とする付記３記載の光増幅装置。
【００６１】
（付記５） 光信号の増幅を行う際に利得を一定に制御する利得制御方法において、
入力光信号のレベルを認識し、
認識したレベルにもとづき、目標利得を実現するための目標励起光パワーを取得し、
駆動信号及び励起光パワーの相関を表す相関関数を作成するための駆動信号を定期的に送出して、励起光パワーを取得し、
駆動信号及び取得した励起光パワーから、励起光源の特性変化に見合った相関関数を生成し、
生成した相関関数にもとづき、前記目標励起光パワーに対応する目標駆動信号を求め、
目標駆動信号により励起光源を駆動することで、フィードフォワード制御系による利得一定制御を行うことを特徴とする利得制御方法。
【００６２】
（付記６） 前記相関関数の相関スロープから前記励起光源の劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行うことを特徴とする付記５記載の利得制御方法。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅装置は、利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、励起光源を駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、光増幅部に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う構成とした。これにより、入力光変化に応じた励起光源の駆動及び励起光源の特性変化の補償を行うことができるので、伝送品質及び信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅装置の原理図である。
【図２】ＷＤＭ信号の波長数変化にもとづく励起光パワーの変化を示す図である。
【図３】ＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる光サージを示す図である。
【図４】ＷＤＭ信号の波長数変化によって生じる光サージを示す図である。
【図５】フィードバック型とフィードフォワード型の制御系を示す図である。（Ａ）はフィードバック型、（Ｂ）はフィードフォワード型を示す図である。
【図６】利得−励起光パワーの相関を示す図である。
【図７】駆動信号−励起光パワーの相関を示す図である。
【図８】利得一定制御の動作フローを示す図である。
【図９】光増幅装置の構成を示す図である。
【図１０】光増幅装置の構成を示す図である。
【図１１】従来技術の装置を概略的なブロック構成で示した図である。
【符号の説明】
１０ 光増幅装置
１１ 光増幅部
１１ａ ＥＤＦ
１１ｂ 励起光源
１２ 利得一定制御部
１２ａ 利得−励起光パワー相関部
１２ｂ 駆動信号−励起光パワー相関部
１２ｃ 駆動信号出力部
１３ 劣化アラーム発出部
１ａ、１ｂ ＰＤ
Ｃ１ 分波器
Ｃ２ 合波器
Ｉｓ１、Ｉｓ２ アイソレータ
Claims (5)
- 光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体と、励起光を発出する励起光源と、から構成され光増幅を行う光増幅部と、
利得及び励起光パワーの相関にもとづいて、目標利得を得るために、入力光信号のレベル変動に対応して設定すべき目標励起光パワーを求め、前記励起光源を駆動するための駆動信号及び励起光パワーの相関にもとづいて、前記目標励起光パワーを発出させるための目標駆動信号を求めて、前記光増幅部に対するフィードフォワード制御系による利得一定制御を行う利得一定制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。 - 前記利得一定制御部は、入力光信号の波長多重数変化から生じるレベル変動毎の利得及び励起光パワーの相関を有し、目標利得に対し、波長多重数変化から生じるレベル変動に対応した目標励起光パワーを求めることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
- 前記利得一定制御部は、駆動信号を変化させて励起光パワーを定期的に測定することで、励起光源の特性変化に見合った、駆動信号及び励起光パワーの相関関数を生成し、前記相関関数にもとづき、目標励起光パワーから目標駆動信号を求めることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
- 前記相関関数の相関スロープから前記励起光源の劣化度合いを認識して、アラーム発出制御を行う劣化アラーム発出部をさらに有することを特徴とする請求項３記載の光増幅装置。
- 光信号の増幅を行う際に利得を一定に制御する利得制御方法において、
入力光信号のレベルを認識し、
認識したレベルにもとづき、目標利得を実現するための目標励起光パワーを取得し、
駆動信号及び励起光パワーの相関を表す相関関数を作成するための駆動信号を定期的に送出して、励起光パワーを取得し、
駆動信号及び取得した励起光パワーから、励起光源の特性変化に見合った相関関数を生成し、
生成した相関関数にもとづき、前記目標励起光パワーに対応する目標駆動信号を求め、
目標駆動信号により励起光源を駆動することで、フィードフォワード制御系による利得一定制御を行うことを特徴とする利得制御方法。
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