JP2006114628A - 光増幅装置およびその制御用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 光増幅装置における異常状態がファイバの変質（または損傷）によるものか、励起光源の故障によるものかを解析すること。
【解決手段】 光増幅装置は、信号光が入力される光ファイバと、前記光ファイバに励起光を導入する励起光源素子２１と、前記励起光により増幅された前記信号光の強度を検出する受光素子３３とを備える。受光素子３３により検出された前記信号光の第１検出強度が設定強度よりも所定値以上小さい場合、前記第１検出強度と、前記励起光の強度を上げたときに受光素子３３により検出された前記信号光の第２検出強度との比較結果に基づいて前記励起光の強度が制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は光増幅装置およびその制御用プログラムに関する。

光ファイバを用いた増幅装置（以下、光増幅装置と呼ぶ）では、光入力、光出力、励起レーザダイオードへ供給する電流をモニタし、ある瞬間におけるそれぞれの測定値またはその測定値から計算される値を以って異常がないかどうかを判定している。

一方、ダブルクラッドファイバを用いた高出力な光増幅装置の研究が盛んになってきている（例えば特許文献１を参照）。ダブルクラッドファイバ光増幅装置においては、多大なる励起光が光ファイバに導入されているので、特にポリマ型ダブルクラッドファイバにおいては、そのポリマ部分での発熱量は多大なものとなる。このため、例えばダブルクラッドファイバの表面に耐熱性の悪い付着物が存在する場合、その付着物が変質（最悪の場合は発火）し、さらにはポリマまでを変質（発火）させてしまう。その変質が進行し、ダブルクラッドファイバの第一クラッド近傍まで到達すると、その部分での励起光の閉じ込めが不可能になるので、集中的に発熱が発生し、発火や断線に至ってしまう。

ダブルクラッドファイバには、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍで１０Ｗを超える励起光が導入されるので、断線した場合には、仮に散乱光であっても（すなわち直接光でなくても）、周辺の作業者に危険が及んでしまうことが懸念される。このことから、ダブルクラッドファイバ光増幅装置においては、断線に至るまでの間に、その不具合を検出することが望ましい。しかし、従来のように、入力パワー、出力パワー、励起電流を単にモニタする方式を採用した場合、断線に至ってはじめて異常に気づくことになる。

一方、本増幅装置はＣＡＴＶ（Community Antenna TeleVision）やＦＴＴＨ（Fiber To The Home ）などの重要性の高い部位に使用されるので、冗長性が要求される。本増幅装置の光学系においては、もっとも冗長性を持たせる必要があるのはマルチモード励起光源である。例えば、複数の励起ＬＤ（Laser Diode ）のうちの一つが壊れた場合においても、他の励起ＬＤに流す電流を増加させて、応急処置的に増幅装置の性能を維持する必要がある。このため、特にダブルクラッドファイバ増幅装置においては、ダブルクラッドファイバの変質とＬＤの故障とを見分けることにより、必要な処置を採ることができる機能を付属させることが必要となる。
特開２００２−２７０９２８号公報

本発明の目的の１つは、光増幅装置における異常状態がファイバの変質（または損傷）によるものか、励起光源の故障によるものかを解析することである。また本発明の他の目的は、解析結果に基づいて必要な措置を講ずることにより、安全でかつ信頼性のある光増幅装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明では、ある瞬間においてモニタ値を解析するだけでなく、時系列的にデータを取得し、解析することによって、光増幅装置における異常状態が光ファイバの変質（または損傷）によるものか、励起光源の故障によるものかを解析する。本発明は、請求項に記載された下記の発明を包含する。

請求項１記載の発明は、信号光が入力される光ファイバと、前記光ファイバに励起光を導入する励起光源と、前記励起光により増幅された前記信号光の強度を検出するモニタとを備えた光増幅装置を対象とする。そして、前記モニタにより検出された前記信号光の第１検出強度が設定強度よりも所定値以上小さい場合、前記第１検出強度と、前記励起光の強度を上げたときに前記モニタにより検出された前記信号光の第２検出強度との比較結果に基づいて前記励起光の強度が制御されることを特定事項とする。

請求項１記載の発明によれば、光ファイバに異常がある場合には、励起光の強度を上げても出力が上がらないので、第２検出強度が第１検出強度よりも高くならないが、励起光源が損傷した場合には、励起光の強度を上げると出力が上がるので、第２検出強度が第１検出強度よりも高くなる。したがって、第１検出強度と第２検出強度とを比較することにより、光増幅装置における異常状態が光ファイバの変質（または損傷）によるものか、励起光源の故障によるものかを解析することができる。また第１検出強度と第２検出強度との比較結果に基づいて、励起光の強度を制御することにより、光ファイバの断線を予防することができる。例えば、光ファイバに異常がある場合には、励起光源の駆動を停止させることにより、信号光が増幅しなくなるので、光ファイバがさらに変質（または損傷）することによる発火などの事故を防ぐことができる。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記励起光源が複数の励起光源素子を備え、前記第１検出強度が前記第２検出強度よりも小さい場合、前記複数の励起光源素子のうち少なくとも１つの励起光源素子の出力を上げるように制御されることを特定事項とする。

請求項２記載の発明によれば、例えば励起光源素子のうちの１つが故障した場合、他の励起光源素子の出力を上げることにより冗長性をもたせることができる。すなわち、応急処置的に増幅装置の性能を維持することができる。

請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記光ファイバが、希土類元素がドープされた第１コアと、前記第１コアの周囲を覆いかつ前記希土類元素を励起する前記励起光が伝搬する第２コアと、前記第２コアの周囲を覆うクラッドとを有しており、少なくとも前記クラッドが樹脂を含むことを特定事項とする。なお、前記第２コアを第１クラッドとみなし、前記クラッドを第２クラッドとみなすこともできる。この場合の光ファイバをダブルクラッドファイバと呼ぶ。

請求項３記載の発明によれば、多大なる励起光が導入され、発熱量が多大なものとなるポリマ型ダブルクラッドファイバにおいて、発火や断線の予兆を検知することができる。

請求項４記載の発明は、信号光が入力される光ファイバに励起光を導入する励起光源と、前記励起光により増幅された前記信号光の強度を検出するモニタとに接続され、前記モニタにより検出された前記信号光の検出強度および予め設定された前記信号光の設定強度がそれぞれ記憶されたメモリを備えたコンピュータによる読取りが可能な光増幅装置制御用プログラムを対象とする。そして、前記コンピュータに対して、前記モニタにより検出された前記信号光の検出強度を第１検出強度として記憶する工程と、前記第１検出強度と前記設定強度とを比較する工程と、前記第１検出強度が前記設定強度よりも所定値以上小さい場合、前記励起光の強度を上げる工程と、前記励起光の強度を上げたときに前記モニタにより検出された前記信号光の検出強度を第２検出強度として記憶する工程と、前記第１検出強度と前記第２検出強度とを比較する工程と、その比較結果に基づいて前記励起光の強度を制御する工程とを実行させることを特定事項とする。なお、コンピュータと励起光源およびモニタとの接続は、パラレルポートなどのインターフェースを介していても良く、あるいはインターネットなどの回線を介していても良い。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明と同様に、光増幅装置における異常状態が光ファイバの変質（または損傷）によるものか、励起光源の故障によるものかを解析することができる。また、例えば、光ファイバに異常がある場合には、励起光源の駆動を停止させることにより、光ファイバがさらに変質（または損傷）することによる発火などの事故を防ぐことができる。さらに、新たなハードを必要とせず、既存の光増幅装置に適用することで、安価に実現することができる。また、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory ）、ＤＶＤ（Digital Versatile
Disc）などの記録媒体にプログラムを記録したり、インターネットなどの回線を通じてプログラムを送信することにより、安価かつ容易に搬送することができる。

本発明によれば、光増幅装置における異常状態がファイバの変質（または損傷）によるものか、励起光源の故障によるものかを解析することができる。また、ある局面においては、解析結果に基づいて必要な措置を講ずることにより、安全でかつ信頼性のある光増幅装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１は本実施形態の光増幅装置の模式的な構成図である。本実施形態の光増幅装置は、入力部１０と、増幅部２０と、出力部３０とから構成される。入力部１０から増幅部２０に信号光が入力し、増幅部２０で信号光が増幅され、増幅部２０から出力部３０へと信号光が出力される。

入力部１０は、入力コネクタ１１と、第１アイソレータ１２とを含む。入力コネクタ１１は信号光が入力する部分である。第１アイソレータ１２は一方向の光のみを通過させる光部品である。入力コネクタ１１に入力された信号光は、入力コネクタ１１と第１アイソレータ１２とを繋ぐ伝送ファイバ、第１アイソレータ１２を順次通過して増幅部２０に入る。

増幅部２０は、６つの励起光源素子２１から構成された励起光源と、光増幅部品であるダブルクラッドファイバ２２と、各励起光源素子２１からの伝送ファイバをダブルクラッドファイバ２２に繋ぐ第１光分岐結合素子２３とを備えている。

ダブルクラッドファイバ２２は、信号光が伝搬する第１コアと、第１コアの外周囲を覆い、励起光が伝搬する第２コアと、第２コアの外周囲を覆うクラッドとから構成されている。第１コアはシングルモードコアまたは略シングルモードのコアであって、希土類元素（例えばＥｒ、Ｎｄ、Ｙｂ等）がドープされたＳｉＯ₂ によって形成されている。第２コアはマルチモードコアであって、略純粋なＳｉＯ₂ によって形成されている。クラッドは、第２コアよりも大幅に（１％程度）屈折率が低い材料によって形成されており、例えば屈折率を低下させるためのフッ素（Ｆ）がドープされた紫外線硬化型樹脂（紫外線硬化型アクリレート樹脂や紫外線硬化型シリコン樹脂）により形成されている。

半導体レーザ（ＬＤ）などの励起光源素子２１から出射された励起光は、第１光分岐結合素子２３に入って、ダブルクラッドファイバ２２の第２コアに導入される。ダブルクラッドファイバ２２に導入された励起光は、ダブルクラッドファイバ２２内を入力部１０側に向かって伝搬することにより、ダブルクラッドファイバ２２の第１コアにドープされた希土類元素を励起させる。これにより、第１コアを伝搬する信号光が増幅される。

出力部３０は、第２アイソレータ３１と、第２光分岐結合素子３２と、第２光分岐結合素子３２の出力端子に接続されたフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子３３と、出力コネクタ３４とを含む。増幅部２０で増幅された信号光は、第２アイソレータ３１、第２光分岐結合素子３２および出力コネクタ３４を通って、次の光機器あるいは伝送ファイバに入射する。

本実施形態の光増幅装置は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）４１と、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４２と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３と、プリンタやディスプレイなどの出力装置４４とをさらに備える。ＣＰＵ４１は、受光素子３３により検出された信号光の検出強度の情報を受ける機能と、励起光源素子２１への電流を調整するための情報を送る機能と、ＲＯＭ４２およびＲＡＭ４３にそれぞれ記録された情報を読み込む機能と、ＲＡＭ４３に情報を書き込む機能と、出力装置４４に情報を送る機能を有する。ＲＯＭ４２には、光増幅装置を制御するためのプログラムが記録され、ＲＡＭ４３には、信号光の設定強度の情報、受光素子３３により検出された信号光の検出強度の情報が記録されている。なお、本実施形態の光増幅装置は、ＣＰＵ４１と受光素子３３との間、およびＣＰＵ４１と励起光源素子２１との間に、アナログ信号とデジタル信号との変換を行うＡ／Ｄ変換器をそれぞれ有するが、図１ではその記載を省略している。

次に、本実施形態の光増幅装置における制御処理を説明する。図２は、本実施形態の光増幅装置におけるアルゴリズムの概略を示す流れ図である。

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記録されたプログラムに従って、以下の動作を行う。まず、受光素子３３により検出された信号光の検出強度を読み込み、これを第１検出強度としてＲＡＭ４３に書き込む（ステップＳ１）。ＲＡＭ４３に記録され、予め設定された信号光の設定強度と、第１検出強度とを比較して、第１検出強度が設定強度よりも所定値以上（例えば１デシベル以上）小さいか否かを判断する（ステップＳ２）。第１検出強度が設定強度よりも所定値以上小さいと判断した場合、励起光源素子２１の電流を増加させる（ステップＳ３）。一方、第１検出強度と設定強度との差が所定値未満（例えば１デシベル未満）であると判断した場合、ＡＬＣ（Automatic Level Control ）による制御、具体的には励起光源素子２１の電流を調整して、信号光の検出強度を一定にする制御（例えば設定強度との差を０．２デシベル未満とする）を行う（ステップＳ８）。

ステップＳ３において励起光源素子２１の電流を増加させたとき（例えば１０％程度増加させたとき）に受光素子３３により検出された信号光の検出強度を読み込み、これを第２検出強度としてＲＡＭ４３に書き込む（ステップＳ４）。電流を増加させる前の第１検出強度と、電流を増加させたときの第２検出強度とを比較して、第１検出強度が第２検出強度よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ５）。

第１検出強度が第２検出強度と略同じかあるいは第２検出強度よりも大きいと判断した場合、「ファイバ異常！」を出力するための信号を出力装置４４へ送る（ステップＳ６）。さらに、励起光源素子２１への電流供給を停止させる（ステップＳ７）。これにより、信号光の出力が停止するが、発火や断線などの事態の発生を防ぐことができるので、これらの事態が発生した場合の費用や労力を削減することができる。なお、第１検出強度が第２検出強度と略同じとは、両強度の差が測定誤差の範囲内（例えば０．２デシベル以下）であることを言う。

一方、第１検出強度が第２検出強度よりも小さいと判断した場合、「ＬＤ異常！」を出力するための信号を出力装置４４へ送る（ステップＳ９）。さらに、ステップＳ１へ戻って、上記の動作を繰り返す。言い換えれば、信号光の検出強度が設定強度に近づくように、励起光源素子２１の電流を増加させる。励起光源素子２１は、典型的には、限界性能の半分程度で駆動している。したがって、ある励起光源素子２１が故障により出力できなくなった場合でも、正常な他の励起光源素子２１の出力を上昇させることにより、正常運転を継続することができる。

本実施形態では、光増幅装置がＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、出力装置４４を備える場合について説明した。しかし、光増幅装置自体がこれらの装置を備えていなくても、これらの装置を備えたコンピュータを用いることによって、上記で説明した制御を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲に限定されない。上記実施形態が例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上記実施形態の光増幅装置は後方励起の装置であるが、前方励起の構成としても良い。また、上記実施形態の光増幅装置はダブルクラッドファイバを用いた光増幅装置であるが、ダブルクラッドファイバ以外の光ファイバ（例えば、従来の希土類元素ドープファイバ等）を用いた光増幅装置についても本発明を適用することができる。さらに、波長可変バンドパスフィルタなどの別の光部品を付加しても良く、アイソレータ１２，３１などがなくても良い。

本発明は各種の光通信システムに用いられる光増幅装置およびその制御用プログラムについて産業上の利用可能性がある。特に、ＣＡＴＶやＦＴＴＨなどの重要性の高い部位に使用される光増幅装置における安全性および信頼性向上を図る技術として有用である。

実施形態の光増幅装置の模式的な構成図である。 実施形態の光増幅装置におけるアルゴリズムの概略を示す流れ図である。

符号の説明

１０ 入力部
１１ 入力コネクタ
１２ 第１アイソレータ
２０ 増幅部
２１ 励起光源素子
２２ ダブルクラッドファイバ
２３ 第１光分岐結合素子
３０ 出力部
３１ 第２アイソレータ
３２ 第２光分岐結合素子
３３ 受光素子
３４ 出力コネクタ
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ 出力装置

Claims (4)

1. 信号光が入力される光ファイバと、前記光ファイバに励起光を導入する励起光源と、前記励起光により増幅された前記信号光の強度を検出するモニタとを備えた光増幅装置であって、
   前記モニタにより検出された前記信号光の第１検出強度が設定強度よりも所定値以上小さい場合、前記第１検出強度と、前記励起光の強度を上げたときに前記モニタにより検出された前記信号光の第２検出強度との比較結果に基づいて前記励起光の強度が制御される光増幅装置。
2. 前記励起光源が複数の励起光源素子を備え、前記第１検出強度が前記第２検出強度よりも小さい場合、前記複数の励起光源素子のうち少なくとも１つの励起光源素子の出力を上げるように制御される請求項１に記載の光増幅装置。
3. 前記光ファイバは、希土類元素がドープされた第１コアと、前記第１コアの周囲を覆いかつ前記希土類元素を励起する前記励起光が伝搬する第２コアと、前記第２コアの周囲を覆うクラッドとを有しており、少なくとも前記クラッドが樹脂を含む請求項１または２に記載の光増幅装置。
4. 信号光が入力される光ファイバに励起光を導入する励起光源と、前記励起光により増幅された前記信号光の強度を検出するモニタとに接続され、前記モニタにより検出された前記信号光の検出強度および予め設定された前記信号光の設定強度がそれぞれ記憶されたメモリを備えたコンピュータによる読取りが可能な光増幅装置制御用プログラムであって、
   前記コンピュータに対して、前記モニタにより検出された前記信号光の検出強度を第１検出強度として記憶する工程と、前記第１検出強度と前記設定強度とを比較する工程と、前記第１検出強度が前記設定強度よりも所定値以上小さい場合、前記励起光の強度を上げる工程と、前記励起光の強度を上げたときに前記モニタにより検出された前記信号光の検出強度を第２検出強度として記憶する工程と、前記第１検出強度と前記第２検出強度とを比較する工程と、その比較結果に基づいて前記励起光の強度を制御する工程とを実行させるための光増幅装置制御用プログラム。

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