JP2005259736A - 広入力ダイナミックレンジ光増幅器を用いた光伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 従来、光増幅器モジュール16の入力Pinの光パワーレベルの調整は、光可変アッテネータを使っていたが、Pinの光パワーレベルの測定用光カプラと光可変アッテネータとを可変光カプラ35に置き換え、可変光カプラ35の分岐比を可変することで、光増幅器モジュール16への入力光パワーレベルPinの調整を行う。これにより、光アッテネータが不要になった分、光損失が減り、光増幅器モジュール16のOSNRも改善される。
【選択図】図2
Description
一般に、WDM用の光増幅器の雑音指数(以下、NF:Noise Figure)は、出力を一定にした場合に、アンプの入力レベルの増加と共に増加する傾向がある。図16(a)では、光増幅器モジュールのNFの増加の様子を示している。Pinは、光増幅器モジュールへの入力光の入力レベルであり、1チャネルあたりの光強度を示している。この図では、光増幅器モジュールの入力ダイナミックレンジ全体に渡って、Pinが増加するに従い、非線形にNFが増加しているのが示されている。また、図16(b)は、PinとOSNR(Optical Signal-to-Noise Ratio)の関係を示している。OSNRは、Pinの増加に伴い、上側に凸のカーブを描いており、OSNRの最大となる点が存在する。なお、以下において、光増幅器ユニットとは、光増幅器モジュールと光増幅器モジュールのゲインを調整する制御回路等を含んだ光増幅器全体を含む構成である。また、光増幅器モジュールとは、光増幅媒体と励起光源とを少なくとも含む、光信号を増幅するために必要な最小限の構成を含んだ光増幅器ユニットの一部である。
光増幅器ユニット10は、光増幅器モジュール16のほかに、光増幅モジュール16への入力の光レベルを調整するための可変アッテネータ(可変ATT)11、OSC光(Optical Supervisory Channel光)を分離、検出するための光カプラ12、光電気変換器13、光増幅器モジュール16への入力光の入力レベルをモニタするための、光カプラ14、PDモニタ15、光増幅器モジュール16の出力レベルをモニタするための、光カプラ17、PDモニタ18、OSC光を主信号に合波するための電気光変換器20、光カプラ19及び、可変ATT11を制御する制御回路21を備える。
光増幅器モジュール16への光入力レベルの調整制御には、PDモニタ15の測定値を用いる。光増幅器モジュール16への光入力レベルとPDモニタ15の測定値の関係は、可変光カプラ35の分岐比に依存するため、制御回路37内で、可変光カプラ35の分岐比とPDモニタ15の測定値から、光増幅器モジュール16への入力レベルへの変換処理を行う必要がある。
ここで、OUT1、OUT2は光可変カプラのスルー方向とブランチ方向の出力レベルであり、IN1は、光可変カプラへの入力レベルであり、Vは可変カプラへの印加電圧をあらわす。
OSNR=Pin−NF−10log(hνΔf) (1)
ここで、OSNR(dB)は、光増幅器ユニットでの光S/N比、Pin(dBm/ch)は、光増幅器モジュールへの入力レベル、Δf(Hz)は、ASE光帯域幅、h(Js)は、プランク定数、ν(Hz)は、光周波数である。
上記により制御目標値を求めることができるが、各NFマスクに対し、目標値の計算結果は固定値となるため、制御回路37での処理上は、あらかじめ上記目標値を計算しておき、値をNFマスクのテーブル36に記録しておくこととする。
上記から、制御目標値Ptgt、及び光増幅器モジュールへの入力レベルPinが求まる。これより、PinをPtgtへ調整する制御を行う。Pinの目標値への制御は、大別して下記の2つのパターンに分かれる。
場合(2)(Pin<Ptgt):PinがPtgtより小さいため、目標値への制御はできない。この場合は、光可変カプラの損失が最小となるように制御する。
始めに、ステップS10において、可変カプラへの印加電圧に主信号ロスが最小となる値を設定する。次に、下記2つの並行処理を行う。
a.光増幅器モジュールのタイプ、モード、Poutから、NFマスクを選択し(ステップS11)、それに対応したOSNRが最良となる制御目標値Ptgtを求める(ステップS12)。
b.可変カプラからの分岐光OUT2をモニタし(ステップS13)、Pinを計算する(ステップS14)。
|Pin−Ptgt|≦Perr (4)
それ以外の場合は、Pin・Ptgtの大小を比較する(ステップS17)。
ステップS27の後は、ステップS16に戻って、制御を繰り返す。
以上の処理により、Pinのレベルは最適値に調整される。
図6のように、光増幅器モジュール16への入力レベル(図2のPin)は、可変光カプラ35の分岐比を制御することで目標値に保たれる。このときの可変光カプラ損失特性を図7に示す。
上記にて述べた手法では、OSNRが良いシステム(ASE発生量が少ない)、または、多波長時には問題ない。しかし、OSNRが少ないシステム、または、少数波長時には、ASEによる光レベル測定誤差の発生が問題となる。これは、Pinの測定にPDモニタの測定値(=信号光とASE光の合計値)を使っているためで、少数波長時やASE発生量が多い場合は、ASE光による誤差が問題となる。具体的には、図2のPDモニタ15により測定されるレベルは、主信号の他に光増幅器で発生するASE光を含んでいる。これに対し、光増幅器ユニットが通常持っているNFマスクは、信号光のパワーに対して規定されている。このためPD15にて測定される値をそのまま制御に用いると、正確なNF値が参照されないため、OSNRが最適値となる光増幅器入力レベルから誤差が生じることとなる。
PASE=10log(NFhν(G−1)BASE) (5)
ここで、Gは、信号光に対する増幅率、NFは、光増幅器モジュールのノイズ指数、h(Js)は、プランク定数、ν(Hz)は、光周波数、BASE(Hz)は、ASE光帯域幅である。
ここで、SL(dB)は、スパンロスである。
これにより、ノード2の中継光増幅器(1)のASEを除いた入力レベルPin(2)は、Pin_total(2)(図2のPD15での測定値)を用いて式(7)で計算できる。
Pin(2)=Pin_total(2)−PASE(2) (7)
式(7)で求めたPin(2)によりNF(Pin)を求め、式(5)によりPASE(2)を求める。この値を、OSCを使って1つ下流の光増幅器へ伝達する。
可変光カプラとして、マッハツェンダ干渉計構成で、電気光学効果を利用したカプラ(図9)を適用することを考える。電気光学効果とは、電圧を印加することにより屈折率が変化する効果で、これを用い、図9のように、光路の屈折率(光路長)を変化させる。これにより、干渉状態を変化させ、分岐比の可変を行うことができる。
(1)本発明の実施形態における光レベルの遷移
条件:光増幅器モード:EDFA01(表2参照)、Vini=0.083V、Pout:+3.0dBm/ch、Perr:0.1dB、L1max:12.1dB、L1min:0.6dB、1波伝送
光増幅器タイプ:EDFA01、Pout=+3.0dBm/chより、表2から、Ptgt=−22.5dBm/ch
図3の制御フローに従い、図1の構成の装置において処理を行った場合について、初期状態からレベル調整終了までの値の遷移を図13の表3に示す。
図14は、可変光カプラの分岐比を手動で可変し、OSNRを最適に保つための光増幅器ユニットの構成を示す図である。同図において、図2と同じ構成要素には、同じ参照符号を付して、説明を省略する。
下記に、従来法と本発明の実施形態のUPin〜Pin間の損失をまとめた。従来法では、光カプラ2つと可変ATT、本発明の実施形態では、光カプラを1つと可変カプラを1つ使っているが、これらのカプラについての分岐損、デッドロスの合計値はほぼ同じで、それぞれの損失値をβ、γ(0.6dB程度)とする。また、可変ATTの損失を、α(1.5dB〜2.5dB程度)とする。以上より、従来法・本発明の差分は、可変ATTの損失:αであり、この損失分だけノードOSNRに差が発生する。すなわち、図15(a)に示されるように、従来法に比べ、本発明の実施形態の場合の方が、可変ATTの分だけ損失が小さくなっており、従って、NFの上昇の仕方が小さくなっている。また、図15(b)に示すように、従来法に比べ、本発明の実施形態の方が、可変ATTの分だけ、OSNRがよくなっている。
光信号を増幅する光増幅手段と、
分岐比を可変でき、該光増幅手段への入力を分岐し、一方を該光増幅手段に入力し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐手段と、
該可変光分岐手段によって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅手段に入力される光強度を検出し、該光増幅手段への入力光レベルを該可変光分岐手段の分岐比を制御することで調整し、該光増幅手段の信号対雑音比を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光伝送装置。
前記光増幅手段への入力光の内の雑音成分を見積もり、該光増幅手段からの出力される光信号レベルが目標値となるように前記可変分岐手段の分岐比を制御することを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
前記可変分岐手段は、電気光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
前記可変分岐手段は、熱光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
前記可変分岐手段は、MEMSを利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
前記可変分岐手段は、マッハツェンダ型の構成を採用したカプラであることを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
前記可変分岐手段は、伝送路のコアを近接させモード結合を発生させることで光パワーの分岐を行うカプラであることを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
前記制御手段の制御の内、前記可変分岐手段の分岐比の制御は、前記光増幅手段の出力光のスペクトルを実測した結果を使用することによって得られる信号対雑音比を改善するように、手動で行われることを特徴とする付記1に記載の光伝送装置。
光信号を増幅する光増幅ステップと、
分岐比を可変でき、該光増幅ステップでの増幅のための入力を分岐し、一方を該光増幅ステップの増幅に使用し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐ステップと、
該可変光分岐ステップによって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅ステップで増幅に用いられる光入力の強度を検出し、該光増幅ステップの増幅に使用する入力光レベルを該可変光分岐ステップにおける分岐比を制御することで調整し、該光増幅ステップにおける信号対雑音比を制御する制御ステップと、
を備えることを特徴とする光増幅制御方法。
13 光電気変換器
15、18 PDモニタ
16 光増幅器モジュール
20 電気光変換器
27 光増幅器ユニット
35 可変光カプラ
36 光増幅器NFデータ(NFマスク)
37 制御回路
Claims (5)
- 光信号を増幅する光増幅手段と、
分岐比を可変でき、該光増幅手段への入力を分岐し、一方を該光増幅手段に入力し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐手段と、
該可変光分岐手段によって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅手段に入力される光強度を検出し、該光増幅手段への入力光レベルを該可変光分岐手段の分岐比を制御することで調整し、該光増幅手段の信号対雑音比を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光伝送装置。 - 前記光増幅手段への入力光の内の雑音成分を見積もり、該光増幅手段からの出力される光信号レベルが目標値となるように前記可変分岐手段の分岐比を制御することを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。
- 前記可変分岐手段は、電気光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。
- 前記可変分岐手段は、熱光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。
- 前記可変分岐手段は、MEMSを利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。
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