JP2006202844A - 波長多重用光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】
光増幅器の利得一定制御を行う場合に、波長数の変動に伴う入力光強度の変化に対して安定した過渡応答変動量の小さい制御を実現する。
【解決手段】
光増幅器において、利得誤差による制御に加えて、入力光強度の変化を検出し、その検出結果に従って制御パラメータを選択し、前記制御に加味することにより、高速で過渡応答特性のよい制御を実現する。さらに、出力光の自然放出光補正においても、入力光強度の影響を反映させ、より高速で過渡応答特性のよい制御を実現する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、光信号を増幅する技術に関し、特に、波長多重(Dense Wavelength Division Multiplexing、WDM)光伝送方式において光信号を増幅する技術に関する。

波長多重光伝送技術は、波長の異なる複数の信号光を多重化して同時に伝送する技術である。伝送容量を高めることができるため、高伝送容量が必要となる光通信システムの基幹網に適用されている。波長多重光伝送技術を適用した光通信システムでは、長距離伝送時は、光ファイバの損失により低下する光強度を補償するため光の強度を増幅する光増幅器が中継局などで用いられる。

波長多重光伝送技術を適用した光通信システムで使用される光増幅器は、一般に希土添加光ファイバなどの励起光源を備え、励起光源の駆動を調整することにより入力光を増幅する。光増幅器における増幅制御の方式には、出力光の強度を監視し、出力光の強度を一定に保つよう励起光源を駆動する出力一定制御と、利得を監視し、利得を一定に保つよう励起光源を駆動する利得一定制御とがある。

従来の光増幅器は、WDM端局と光増幅器を有する中継局とから構成される1対1の光通信システムであって、WDM端局において全ての光信号が一括して多重および分割される方式に適用することを想定されて開発されている。すなわち、入力光の波長多重数（以後、波長数と呼ぶ。）に変動のない環境での使用が想定されているものである。

ところが、近年開発が盛んなWDM端局以外のノードにおいて必要な波長のみを光学的に挿入あるいは分岐するOADM(Optical Add Drop Multiplexer:光分岐挿入装置)方式では、光信号の多重および分割がシステム運用中に随時発生するため、波長数が随時変動する。一般に波長数の変動は、総入力光強度の変化となり、OADM方式では、その変化がダイナミックレンジで20dBに及ぶこともある。

しかしながら、上述のように従来の光増幅器は、初期に設定された固定の波長数で動作させるものであり、運用中の入力光の強度の変化による影響は考慮されていない。従って、波長数の変動により入力光強度が変化するOADM方式で用いられる光増幅器では、入力光強度の変換に伴って変化する利得を一定に保つための制御が必要となる。

図9は、従来の利得一定制御方式を採用した光増幅器の構成の一例である。

本図に示すように、光増幅器200は、光学回路部として分類される光コネクタ201、202、光カプラ203、204、光受信素子206、207、励起光源208、希土類添加光ファイバ205を備え、かつ、制御部として分類される入力光強度検出回路209、出力光強度検出回路210、誤差検出回路212、フィルタ回路213、光源駆動回路214を備える。

光増幅器200の光コネクタ201に入力された多重光（入力光）は、希土類添加光ファイバ205により増幅され、光コネクタ202から出力される（出力光）。希土類添加光ファイバ205による光増幅度は、励起光源208の光強度により決まる。光増幅器200では、上記の光増幅度を制御するため、入力光と出力光とから利得を算出し、目標とする利得との差を補償するよう光源駆動回路214を制御する。制御は、予め定められた負帰還定数と帰還時定数とに従って行われる。

従来の光増幅器200は、上述のように、入力光強度と出力光強度とから現在利得を監視しながら、励起光源208に対して負帰還をかけて、利得が目標利得（一定）になるよう制御する。従って、例えば、入力光強度が大きく変化した場合、それに伴い、利得を一定にするために出力光強度も大きく変化させる必要があり、励起光源208へ付与する負荷を大きく変化させる必要がある。

励起光源が希土類添加光ファイバの場合、与えられる負荷が大きく変化すると、動作点の変化により励起状態が変化して、周波数特性がずれることとなる。従来の光増幅器200では、制御部の負帰還利得と帰還時定数とは固定であるため、周波数特性の最悪条件に適合するようこれらを設定する必要があり、応答速度が遅くなる。この課題を解決するために、例えば、負帰還利得と帰還時定数とを複数備え、実際の利得に応じてスイッチにより切り替えて使用する技術がある（例えば、特許文献1参照）。

また、利得一定制御を正確に行うことができない理由の１つに、自然放出光（ASE）の影響がある。従来の光増幅器200では、検出する出力光は、ASEが含まれるものであるため、これが利得制御の際に雑音となり、正確な利得一定制御ができない。この問題を解決するために、波長可変フィルタによって信号光とASEとの光強度差を検出する回路を備え、ASEの影響分を算出し、ASEを除去した後の出力信号光強度に基づいて利得一定制御を行う技術がある（例えば、特許文献2参照。）。

特開2004-111724号公報(段落1-26、図1〜5) 特開平10-229237号公報(段落1-11、図1〜5)

伝送損失による光強度の劣化や光受信素子の破壊を防止するため、出力光強度の変化量は、ある程度に抑える必要がある。また、最終段の光増幅器の出力レベルの制約から、出力光強度の変化量が小さいほど接続段数が増加するため、伝送距離が長く、光増幅器を複数段接続する必要がある場合は、各光増幅器の光出力強度の変化量は、1.0dB以下、できれば0.5dB以下に抑えることが望ましい。

ところが、OADM方式のように入力光の強度変化が20dBにも渡る場合、出力強度の変化を上記程度に抑えるためには、数百μsの応答速度が要求される。しかし、従来の光増幅器200では、応答速度が遅いため、出力光の過渡応答が数dBにも及ぶ。

特許文献1に開示された光増幅器では、波長数が動的に変動する場合、すなわち、時間とともに入力する波長数が変動する場合、制御の時定数をスイッチにより順次切り替える不連続な制御を行う。従って、その変動が高速かつ大きい場合、スイッチの切り替えが何段階にも渡ることとなり、切り替えの度に過渡応答が発生することとなり、結果として過渡応答が大きくなる。また、不連続な制御となるため、過渡応答時の光出力の変動量が大きくなり、文献では触れられていないが、変動量を小さくするためには、複雑な制御が必要となり回路規模が大きくなる。

特許文献2に開示された光増幅器では、常にASEを検出することにより高精度な利得一定制御が可能となる。しかし、特許文献2に開示された光増幅器では、ASEの検出を波長可変フィルタで行っている。波長可変フィルタを掃引するには温度調整が必要となるため、過渡応答が数百μsオーダーの制御を実現するのは難しい。

以上より、現状の光増幅器には、下記の課題がある。

（１）波長数変動による入力光強度の大きな変化に対して、従来の利得一定制御方式では、出力光の過渡応答が大きく、制御応答が遅い。これらに対応する場合、回路規模が大きくなる。

（２）適正な利得一定制御を行うためには、正確な出力光強度を得る必要がある。しかし、従来のASE補正方式は精度はよいが、波長数変動による入力光強度の大きな変化に対して応答が遅い。または、応答はよいが要求される精度を満たさない方式である。すなわち、波長数変動による入力光強度の大きな変化に対し、自然放出光補正において、精度と応答速度との両方を満たすものがない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、光増幅器において、波長数が変動することにより入力光強度が大きく変化する場合であっても、回路規模を大きくすることなく、高速で、過渡応答変動量の小さい安定した制御を行うことを目的とする。

本発明の光増幅器は、入力光強度の変化から波長数変動の有無を判別し、光増幅制御に反映する。また、出力光から自然放出光の影響を除去する際も入力光強度に応じて出力光の補正を行う。

具体的には、光伝送路から受信した波長多重光を増幅する波長多重用光増器であって、入力された光（入力光）の強度と出力する光の強度とから実際の利得を算出して目標とする利得との誤差に基づいて前記増幅を制御する制御手段と、入力光の強度をモニタし、入力光強度の変化量を検出する入力光強度変化検出手段と、前記入力光強度変化検出手段において検出した入力光強度の変化量から波長数変動の有無を判断し、波長数に変動が有ると判断した場合、波長数の変動に応じた係数を選択して当該係数を前記制御手段に出力する係数選択手段と、を備え、前記制御手段は、前記係数選択手段から係数を受け取った場合、当該係数を用いて前記増幅を制御することを特徴とする波長多重用光増幅器を提供する。

また、光伝送路から受信した波長多重光を増幅する波長多重用光増幅器であって、前記増幅後に当該波長多重用光増幅器から出力する光（出力光）から自然放出光の影響を除去し、前記自然放出光の影響を除去後の出力光の強度を出力光の強度として出力する出力光自然放出光補正手段と、入力された光（入力光）の強度と前記出力光自然放出光補正手段から出力された出力光の強度とから実際の利得を算出して目標とする利得との誤差に基づいて前記増幅を制御する制御手段と、を備え、前記出力光自然放出光補正手段は、前記入力光の強度に応じて、前記自然放出光の影響を除去するための補正量を決定することを特徴とする波長多重用光増幅器を提供する。

本発明によれば、光増幅器において、波長数が変動することにより入力光強度が大きく変化する場合であっても、回路規模を大きくすることなく、高速で、過渡応答変動量の小さな安定した制御を行うことができる。

＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明を適用した第一の実施形態を図を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の光増幅器100の構成を説明するための機能ブロック図である。

本図に示すように、本実施形態の光増幅器100は、図9で説明した従来の光増幅器200同様、光学部と制御部とを備える。光学部は、光コネクタ101、102、光カプラ103、104、光受信素子106、107、励起光源108、希土類添加光ファイバ105を備える。制御部は、入力光強度検出回路109、出力光強度検出回路110、誤差検出回路112、フィルタ回路113、光源駆動回路114を備える。

さらに、本実施形態の光増幅器100は、入力光強度変化検出回路118、係数選択回路119を備える。

本実施形態の光増幅器100は、従来の光増幅器200と同様に、基本的に、光コネクタ101に入力された多重光（入力光）を希土類添加光ファイバ105により増幅し、光コネクタ102より出力する。

希土類添加光ファイバ105による光増幅度は、励起光源108の光強度により決まる。光増幅器100の制御部は、光増幅度を制御するため、入力光と出力光との強度を比較し、その利得（実際利得）を算出し、予め定められた一定の利得（目標利得）との差を補償するよう光源駆動回路114を制御する。

光コネクタ101は、光増幅器100と光ファイバ伝送路（不図示）との接続に使用されるもので、入力光の入力端として機能する。

希土類添加光ファイバ105は、入力光を所定利得で増幅し、出力する。

光カプラ103は、入力光を5%程度分岐する。光受光素子106は、光カプラ103において分岐された分岐光を受け取り、電流に変換し入力光強度検出回路109に出力する。

入力光強度検出回路109は、入力光の強度を検出する。具体的には、光受光素子106から受信した電流を電流電気変換し、適度な電気振幅に増幅し、入力光強度検出信号として誤差検出回路112および入力光強度変化検出回路118に出力する。

入力光強度変化検出回路118は、入力光の強度の変化を検出する。具体的には、入力光強度検出回路109から入力された入力光強度検出信号を一定時間監視し、所定のサンプリング間隔で検出した入力光強度検出信号により得られる入力光強度からその差分を算出し、入力光強度変化信号として係数選択回路119に出力する。

係数選択回路119は、入力光の変化に応じた係数を選択し、入力光強度変化信号に掛けて新たな入力光強度変化信号として出力する。具体的には、入力光強度検出回路118から入力された入力光強度変化信号から得られる入力光強度変化量を、予め定められた複数のしきい値と比較し、その結果に従って、予め定められた係数を選択し、その係数を掛けた後の入力光強度変化信号をフィルタ回路113に出力する。

光コネクタ102は、光増幅器100と光ファイバ伝送路（不図示）との接続に使用されるもので、出力光の出力端として機能する。

光カプラ104は、出力光を5%程度分岐する。光受光素子107は、光カプラ104において分岐された分岐光を受け取り、電流に変換し入力光強度検出回路110に出力する。

出力光強度検出回路110は、出力光の強度を検出する。具体的には、光受光素子107から受信した電流を電流電気変換し、適度な電気振幅に増幅し、出力光強度検出信号として誤差検出回路112に出力する。

誤差検出回路112は、実際の利得を検出する。具体的には、入力光強度検出回路109から入力された入力強度検出信号および出力光強度検出回路110から入力された出力強度検出信号から、入力光の強度と出力光の強度との比率で表される実際の利得（実際利得）を算出する。算出した実際の利得と予め設定された目標利得との誤差を算出し、誤差信号としてフィルタ回路113に出力する。

フィルタ回路113は、目標利得を得るための信号を生成して光源駆動回路114に出力する。具体的には、誤差検出回路112から入力された誤差信号を増幅し、さらに増幅後の誤差信号から高周波成分を除去し、除去後の誤差信号の直流成分を光源制御信号として光源駆動回路114に出力する。このとき、係数選択回路119から入力された入力光強度変化信号を、出力する光源制御信号の制御パラメータとして加味する。フィルタ回路113の出力に入力光強度変化信号を反映させる処理の詳細については、後述する。

光源駆動回路114は、フィルタ回路113から入力された光制御信号に従って、励起光源108を駆動する。

励起光源108は、光源駆動回路114により駆動されて、希土類添加光ファイバ105に所定の励起光を供給し、希土類添加光ファイバ105を所定の励起状態にする。

なお、本実施形態において、光増幅器の特性として必ず発生する自然放出光(ASE)を出力光強度検出信号から除去するため、出力光ASE補正回路111を、出力光強度検出回路110と誤差検出回路112との間に配置し、出力光強度から、ASEの影響を除去するよう構成してもよい。

次に、係数選択回路119における係数選択および入力光強度変化信号算出のしくみについて説明する。

係数選択回路119は、しきい値1（Th1）と、しきい値2（Th2）とを保持する。Th1＞Th2とし、それぞれ、入力光強度変化量がTh1以上となった場合、波長数が増加したものと識別可能であり、Th2以下となった場合、波長数が減少したものと識別可能な値である。これらは、予め設定される。

また、係数選択回路119は、波長数が増加した場合、波長数が減少した場合、および、波長数の変動がない場合に、入力光強度変化信号にそれぞれ付与する係数（Kd）を、予め保持する。ここでは、波長数が増加した場合に付与する係数をKd1、波長数が減少した場合に付与する係数をKd2、波長数の変動がない場合に付与する係数をKd3とする。

図2は、予め与えられたしきい値Th1、Th2を用いて、入力光強度の変化に従って係数KdをKd1、Kd2、Kd3から選択するしくみを説明するための図である。本図において、横軸は時間経過であり、縦軸は入力光強度の変化量である。また、
入力光強変化量>=Th1の場合、出力する係数Kd=Kd1
入力光強変化量<=Th2の場合、出力する係数Kd=Kd2
Th1<入力光強変化量<Th2の場合、出力する係数Kd=Kd3
である。

すなわち、係数選択回路119は、入力される入力光強度変化信号から得られる入力光強度変化量をモニタし、入力光強度変化量が、Th1とTh2との間にある場合は、波長数変動は無しと判断し、係数としてKd3を選択し、Th1以上となった場合、波長数が増加したと判断し、係数としてKd1を選択し、Th2以下となった場合、波長数が減少したと判断し、係数としてKd2を選択する。このように、係数選択回路119は、波長数の変動に応じて、最適な係数を選択し、入力強度変化信号に選択した係数を掛けて、制御パラメータとして出力する。

なお、波長数の変動がない場合は、入力光強度変化信号を無視するようにKd3は０に設定しておく。すなわち、Th1とTh2との間であることを検出した場合、波長数変動無しと判定し、Kd3（＝0）を入力光強度変化信号に掛け、その結果（＝0）をフィルタ回路113に入力する。

以上説明したように、本実施形態の係数選択回路119は、波長数の変動が無いと判断される場合は入力光強度変化信号をフィルタ回路113に与えない。従って、本実施形態の光増幅器100は、入力光の強度が一定である時のノイズに応答して静特性に影響を与えることがなく、安定した制御が可能となる。一方、入力光強度の変化が波長変動によるものである場合、その変化を光源駆動に迅速に反映することができる。

なお、本実施形態では、入力光強度の変化量としきい値とを比較し、波長数の変動の有無を判断している。ノイズの影響を排除し、波長数変動の検出の精度をあげるため、入力光強度の変化量を算出するための入力光強度検出信号を取得する間隔（サンプリング間隔）としきい値との関係を微調整することが可能である。例えば、しきい値との関係およびノイズの影響などをみながら、数回前に取得した入力光強度検出信号との差分をとるなどによりサンプリング間隔を変更できる。この方法によれば、ハードウェアやソフトウェアの大幅な変更なしに、ノイズの影響を排除して波長数変動を検出可能な適性値に設定することができる。

次に、フィルタ回路113において、係数選択回路119から入力された係数信号を、誤差信号に制御パラメータとして追加する方法について説明する。本実施形態では、検出した入力光の強度変化を、希土類添加光ファイバ105の応答を考慮した適当な遅延を与えて出力応答に反映させる必要がある。従って、係数選択回路119から出力された入力光強度変化信号を反映させ、所定時間遅延後に出力可能なように構成する。

図3は、PID（Ｐ：Proportional（比例）、Ｉ：Integral（積分）、Ｄ：Differential（微分））制御を行う場合のフィルタ回路113の実現例を示す。本図に示すように、PID制御を行うフィルタ回路113は、比例項150と、微分項151と、積分項152とを備える。本回路構成により、フィルタ回路113は、実際利得と目標利得との誤差を示す誤差信号から光源制御信号を得、出力する。ここでは、係数選択回路119から出力された入力光強度変化信号を、ある一定の遅延を持った応答を実現可能な積分項152に足しこむよう構成し、光源制御信号に反映させる。

なお、フィルタ回路113の構成は上記に限られない。例えば、微分項151が省略される構成、あるいは、各項を複数組み合わせる構成なども可能である。

図4は、メモリなどの記録媒体を用いる場合のフィルタ回路113の実現例を示す。本実施形態図に示すように、フィルタ回路113は、誤差フィルタ160と、メモリ162と、応答選択回路161とを備える。

誤差フィルタ160は、PID制御やその他の制御方法により、実際利得と目標利得との誤差を示す誤差信号から光源制御信号を得て出力する。

応答選択回路161は、係数選択回路119から出力された入力光強度変化信号を受け取り、当該信号から得られる係数を順次メモリ162に記録し、予め設定された遅延時間に応じて出力する。

応答選択回路161の出力は、誤差フィルタ回路160の出力に加算され、光源制御信号として光源駆動回路114に入力される。

なお、フィルタ回路113の構成は、上記構成に限られない。入力された係数信号に所定の遅延を与え、誤差フィルタからの出力に反映可能であればよい。

以上説明したように、本実施形態の光増幅器100によれば、利得の誤差による制御に加えて、入力光強度、すなわち、入力する波長数の変動を反映した制御パラメータを光増幅器の増幅制御に反映する。このとき、本実施形態の光増幅器100は、入力光の強度の変化を、入力光自体をモニタすることにより検出する構成であるため、入力光強度変化量を速く検出することができる。

また、入力光変化量に応じて算出された制御パラメータを、希土類添加光ファイバの応答にあわせて遅延させて出力させる構成であるため、最適なタイミングで入力光強度変化を制御に反映させることができる。

さらに、所定のしきい値を設けて入力光強度の変化量から波長数変動の有無を判断し、波長数の変動がある場合のみ入力光強度の変化を制御に反映させるよう構成しているため、波長数変動がない場合の入力光の強度の変化、すなわち、ノイズの影響を排除できる。

以上の構成を有するため、本実施形態の光増幅器100は、動特性に加えて静特性についても安定した制御を実現するとともに、波長増加時と減少時の制御係数を最適な値に設定することが可能となる。従って、波長数の変動の影響を増幅処理に高速に反映することができ、波長変動時の出力の変動を抑えることができる。

以上より、本実施形態の光増幅器100によれば、波長多重光伝送技術を適用した光通信システムで使用される光増幅器において、波長数変動による光入力光強度の変化に対し、高速で過渡応答の小さい制御を実現することができる。

＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明を適用した第二の実施形態を説明する。本実施形態は、自然放出光（ASE）補正において、入力波長数の変動、すなわち、入力光強度の変化を反映させるものである。

図5は、本実施形態の光増幅器100-2の構成を説明するための機能ブロック図である。

本図に示すように、本実施形態の光増幅器100-2は、第一の実施形態の光増幅器100同様、光学部と制御部とを備える。光学部は、光コネクタ101、102、光カプラ103、104、光受信素子106、107、励起光源108、希土類添加光ファイバ105を備える。また、制御部は、入力光強度検出回路109、出力光強度検出回路110、誤差検出回路112、フィルタ回路113、光源駆動回路114を備える。これらの各機能は、第一の実施形態の光増幅器100の同名の機能と基本的に同様であるため、ここでは、説明しない。

ただし、入力光強度検出回路109は、入力光強度検出信号を、誤差検出回路112と出力光ASE補正回路111とに出力する。また、出力光強度検出回路110は、出力光強度検出信号を、誤差検出回路112ではなく、後述する出力光ASE補正回路111に出力する。さらに、誤差検出回路112は、入力光強度検出回路109から入力された入力光強度検出信号と出力光ASE補正回路111から入力された信号とを用いて実際利得を算出し、フィルタ回路113は、係数選択回路119から入力光強度変化信号の入力なしにフィルタ処理を行う。

本実施形態の光増幅器100-2は、上記機能に加え、出力光自然放出光(ASE)補正回路111を備える。出力光強度検出回路110で検出された出力光の光強度は、自然放出光(ASE)を含む。出力光ASE補正回路111は、出力光の強度信号からASEの影響を除去するものである。本実施形態の出力光ASE補正回路111は、ASEの除去に入力光強度信号を用いることにより、入力光強度の変化を反映させる。

出力光ASE補正回路111の詳細について説明する。

出力光へのASEの影響の度合いは、入力光強度に依存する。すなわち、ASEは、入力光強度が小さい場合は、出力光に大きく影響する。このため、出力光ASE補正回路111での補正量を大きくする必要がある。反対に、入力光強度が大きい場合は出力光への影響は小さいため、出力光ASE補正回路111での補正量は小さくする必要がある。

図6に、入力光強度とASEによる補正量を示す値（ASE補正値）との関係を示す。本図において、横軸は入力光強度（THR0、THR1、THR2、THR3、THR4・・・）を、縦軸はASE補正値（LV0、LV1、LV2、LV3、LV4・・・）である。

本実施形態の出力光ASE補正回路111では、出力光のASEによる補正量(ASE補正量)を、入力光強度検出回路109から出力される入力光強度に応じて決定する。

出力光ASE補正回路111は、予め入力光強度に応じたASE補正量を定めたASE補正量テーブルを備える。入力光強度検出回路109において、検出された入力光強度の入力を受け、当該強度に応じた補正量を、ASE補正量テーブルから抽出する。なお、ASE補正量テーブルの数点の数値から関数近似により、各入力光強度に応じて最適値を算出する機能を備えてもよい。

例えば、入力光強度とASE補正量とが図6に示す特性を有する場合、ASE補正量テーブルは、各入力光強度毎（THR0、THR1、THR2、THR3、THR4・・・）に、それぞれ、ASE補正値（LV0、LV1、LV2、LV3、LV4・・・）を保持する。

また、上述したように、ASE補正量テーブルに保持していない入力光強度が入力された場合、関数近似を行うよう構成してもよい。この場合、例えば、入力光強度THR1とTHR2との間の値である入力光強度X（THR1<X<THR2）が入力されると、入力光強度XのASE補正量LVXは、X、TH1、TH2、LV1、LV2を与えられた関数に代入することにより、適切な自然放出光(ASE)補正量を算出できる。

なお、線形近似を行うものとして、各入力光強度に応じた傾き(RVS1、RVS2、RVS3、RVS4)を、ASE補正量テーブルのデータとして持つよう構成してもよい。

ここで、ASE補正量テーブルのサイズ、ASE補正量の精度、関数の演算量、ハード規模は密接に関係するため、要求精度、演算能力、許容ハード規模に応じて適切なASE補正量テーブルを保持する。各値を適切な値とすることで、最小のハード構成で必要な精度を確保することが可能となる。

ASE補正量テーブルは、一定間隔の入力光強度毎にASE補正量を保持することが可能である。しかし、ASE補正量の変化の大小に応じて保持する間隔を変更してもよい。例えば、ASE補正量が図6に示すように変化する場合、ASE補正量が大きく変化量も大きい（LV0〜LV1〜LV2）入力光強度の範囲（THR0〜THR1〜THR2）では、細かくASE補正量を保持し、そうでない範囲では広い間隔でASE補正量を保持することも可能である。一定間隔の入力光強度毎にASE補正量を保持する場合よりも、同じASE補正量テーブルのサイズで精度のよい自然放出光(ASE)補正を実現することができる。

なお、ASEの補正量は、同じ仕様で製造した製品でも個々にばらつきがあり、個々の実測値により調整する必要がある。このような場合であっても、本実施形態のASE補正回路111は、ASE補正量テーブルの値を変更するのみで対応可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ASE補正のために、入力光強度に対応した補正量を保持するASE補正量テーブルを備える。本テーブルを用いて、入力光強度に応じて精度よく出力光からASEを除去することが可能となる。従って、ASEを適切に除去した後の出力光強度を用いて、光増幅器全体の制御が可能となり、精度の高い制御を実現することができる。

本実施形態の出力光ASE補正回路111は、常に自然放出光(ASE)と信号とを別々にモニタする回路を搭載した場合よりも、回路規模を小さく、応答を早くすることが可能である。これは、回路規模の大きなASE検出回路を別途設ける必要がないためである。

また、本実施形態では、出力光ASE補正回路111の補正量を、出力光強度ではなく入力光強度に応じて適切なものを選択するよう構成している。従って、利得一定制御の光増幅器だけでなく、出力一定制御の光増幅器にも同様の構成の出力光ASE補正回路111を適用可能である。出力一定制御の場合、入力光強度に応じて利得が異なるため、ASEが変化する。本実施形態では、出力光強度ではなく入力光強度に応じてASE補正を行うため、入力光強度によるASEの変化の影響を反映し、出力光から精度よくASEの影響を除去することが可能となる。

＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明を適用した第三の実施形態について説明する。本実施形態は、第二の実施形態同様、自然放出光（ASE）補正において、入力波長数の変動、すなわち、入力光強度の変化を反映させる。さらに、本実施形態では、出力光のASE補正のタイミングを制御する機能を備えるものである。

図７は、本実施形態の光増幅器100-3の構成を説明するための機能ブロック図である。本図に示すように、本実施形態の光増幅器100-3は、基本的に第二の実施形態の光増幅器100-2と同様の構成を有し、さらに、入力光強度検出回路109の後段であって出力光ASE補正回路111の前段に、時定数回路117を備える。入力光強度検出回路109は、入力光強度信号を、出力光ASE補正回路111ではなく、時定数回路117に入力する。

本実施形態の光増幅器100-3の時定数回路117は、入力光強度信号を出力光ASE補正回路111に入力するタイミングを遅延させるものである。希土類添加光ファイバ105により増幅を行う光増幅器では、希土類添加光ファイバ105の応答速度が遅いため、出力の過渡応答の出現も遅れる。

光強度に応じたASE補正量を決める出力光ASE補正回路111では、光強度が高速に変化した場合、希土類添加光ファイバ105の応答速度が遅いため、出力の過渡応答が現れるまえに、自然放出光(ASE)補正量の変化が大きくみえるという影響がでる。そこで、入力光強度検出回路109において検出された入力光強度信号に時定数回路117において所定の遅延を与えた後、出力光ASE補正回路111に入力する。

このように、本実施形態の光増幅器100-3では、出力光ASE補正回路111には、入力光強度検出回路109において検出された入力光強度信号がその時点で入力されるのではなく、時定数回路117において、所定時間遅延された後入力される。出力光ASE補正回路111は、所定の遅延を付与された入力光強度信号と出力光強度信号とを用いて、第二の実施形態同様、ASE補正量テーブルに従って補正量を決定する。

なお、時定数回路117は、従来技術により実現できる。例えば、1次や高次のローパスフィルタ、その他の関数フィルタを使う、入力光強度波形に応じた応答波形のテーブルをメモリに記録して読み出すなどの方法により、実現可能である。

以上説明したように、本実施形態の光増幅器100-3によれば、ASE補正に関し、第二の実施形態同様、ASE補正量テーブルを備え、入力光強度に応じて出力光からASEを除去し、ASE除去後の出力光強度を用いて、精度の高い光増幅器の制御を実現する。さらに、ASEの除去にあたり、検出した入力光強度の変化の情報を、希土類添加光ファイバの応答にあわせ、出力光ASE補正回路117に与える。従って、さらに精度の高い光増幅器の制御を実現する。

＜＜第四の実施形態＞＞
次に、本発明を適用した第四の実施形態について説明する。本実施形態は、第一の実施形態および第三の実施形態の構成を組み合わせたものである。すなわち、本実施形態の光増幅器は、利得誤差による制御に入力波長数の変動による入力光強度の変化を反映させるとともに、自然放出光（ASE）補正において、入力波長数の変動による入力光強度の変化を、希土類添加光ファイバの応答速度に応じて反映させる。

図8に、本実施形態の光増幅器100-4の構成を説明するための機能ブロック図を示す。本図に示すように、本実施形態の光増幅器100-4は、基本的に第一の実施形態および第二の実施形態の構成を組み合わせたものである。これらの実施形態において説明した同名の構成は、同じ機能を有する。

本実施形態の光増幅器100-4は、入力光強度変化検出回路118、係数選択回路119により入力光の強度変化から制御パラメータを算出し、フィルタ回路113で光源を制御するために出力する光源制御信号に反映させる。さらに、時定数回路117および出力光ASE補正回路111により、入力光の強度の変化に応じた出力光の自然光補正を、希土類添加光ファイバ105の応答速度に合せて遅延させて行い、誤差検出回路112で用いる出力光強度信号に反映させる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第一の実施形態および第三の実施形態により得られる両効果を得ることができる。

すなわち、利得一定制御において、波長数の変動による入力光強度の変化の影響を増幅制御に高速に反映させることができる。また、入力光変化量に応じて算出された制御パラメータを、希土類添加光ファイバの応答にあわせて遅延させて出力させる構成であるため、最適なタイミングで入力光強度変化を制御に反映させることができる。

さらに、ASE補正に関して、入力光強度に応じて精度よく出力光からASEを除去することが可能となり、利得誤差の精度が高まり、全体の制御の精度も高めることができる。

従って、本実施形態によっても、波長数が変動する光伝送システムにおける光増幅器において、過渡応答変動量が小さく、高速な制御を実現することができる。

なお、第一の実施形態および第二の実施形態の構成を組み合わせた構成の光増幅器ももちろん実現可能である。

図1は、第一の実施形態の光増幅器の構成を説明するための機能ブロック図である。 図2は、しきい値を用いて、入力光強度の変化に従って係数を選択するしくみを説明するための図である。 図３は、第一の実施形態のＰＩＤ制御を行う場合のフィルタ回路の実現例を説明するための図である。 図４は、第一の実施形態の記録媒体を用いる場合のフィルタ回路の実現例を説明するための図である。 図５は、第二の実施形態の光増幅器の構成を説明するための機能ブロック図である。 図６は、第二の実施形態の入力光強度とASEによる補正量を示す値との関係を示す。 図７は、第三の実施形態の光増幅器の構成を説明するための機能ブロック図である。 図８は、第四の実施形態の光増幅器の構成を説明するための機能ブロック図である。 図９は、従来の利得一定制御方式を採用した光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

100・・・光増幅器、101、102・・・光コネクタ、103、104・・・光カプラ、105・・・希土類添加光ファイバ、106、107・・・光受信素子、108・・・励起光源、109・・・入力光強度検出回路、111・・・出力光自然放出光(ASE)補正回路、112・・・誤差検出回路、113・・・フィルタ回路、114・・・光源駆動回路、117・・・時定数回路、118・・・入力光強度変化検出回路、150・・・比例項、151・・・微分項、152・・・積分項、160・・・誤差フィルタ、161・・・応答選択回路、162・・・メモリ、200・・・光増幅器、201、202・・・光コネクタ、203、204・・・光カプラ、205・・・希土類添加光ファイバ、206、207・・・光受信素子、208・・・励起光源、209・・・入力光強度検出回路、210・・・出力光強度検出回路、212・・・誤差検出回路、213・・・フィルタ回路、214・・・光源駆動回路

Claims (5)

1. 光伝送路から受信した波長多重光を増幅する波長多重用光増幅器であって、
   入力された光（入力光）の強度と出力する光の強度とに基づいて前記増幅を制御する制御手段と、
   入力光の強度をモニタし、入力光強度の変化量を検出する入力光強度変化検出手段と、
   前記入力光強度変化検出手段において検出した入力光強度の変化量から波長数変動の有無を判断し、波長数に変動が有ると判断した場合、波長数の変動に応じた係数を前記入力光強度の変化量に掛けて前記制御手段に出力する係数選択手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記係数選択手段から前記入力光強度の変化量を受け取った場合、当該変化量を前記増幅の制御に反映させること
   を特徴とする波長多重用光増幅器。
2. 光伝送路から受信した波長多重光を増幅する波長多重用光増幅器であって、
   前記増幅後に当該波長多重用光増幅器から出力する光（出力光）から自然放出光の影響を除去し、前記自然放出光の影響を除去後の出力光の強度を出力光の強度として出力する出力光自然放出光補正手段と、
   入力された光（入力光）の強度と前記出力光自然放出光補正手段から出力された出力光の強度とから実際の利得を算出して目標とする利得との誤差に基づいて前記増幅を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記出力光自然放出光補正手段は、前記入力光の強度に応じて、前記自然放出光の影響を除去するための補正量を決定すること
   を特徴とする波長多重用光増幅器。
3. 請求項２記載の波長多重用光増幅器であって、
   入力光の強度を示す信号を、所定時間遅延させて前記出力光自然放出光補正手段に入力する時定数手段をさらに備え、
   前記出力光自然放出光補正手段は、前記所定時間遅延させて入力された入力光の強度に応じて前記補正量を決定すること
   を特徴とする波長多重用光増幅器。
4. 光伝送路から受信した波長多重光を増幅する波長多重用光増幅器であって、
   前記増幅後に当該波長多重用光増幅器から出力する光（出力光）から自然放出光の影響を除去し、前記自然放出光の影響を除去後の出力光の強度を出力光の強度として出力する出力光自然放出光補正手段と、
   入力された光（入力光）の強度と前記出力光自然放出光補正手段から出力された出力光の強度とから実際の利得を算出して目標とする利得との誤差に基づいて前記増幅を制御する制御手段と、
   前記入力光の強度をモニタし、入力光強度の変化量を検出する入力光強度変化検出手段と、
   前記入力光強度変化検出手段において検出した入力光強度の変化量から波長数変動の有無を判断し、波長数に変動が有ると判断した場合、波長数の変動に応じた係数を前記入力光強度の変化量に掛けて前記制御手段に出力する係数選択手段と、
   入力光の強度を示す信号を、所定時間遅延させて出力する時定数手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記係数選択手段から前記入力光強度の変化量を受け取った場合、当該変化量を前記増幅の制御に反映させ、
   前記出力光自然放出光補正手段は、前記時定数手段において所定時間遅延させた入力光の強度に応じて前記補正量を決定すること
   を特徴とする波長多重用光増幅器。
5. 光伝送路から受信した波長多重光を増幅する波長多重用光増幅器における光増幅制御方法であって、
   入力された光（入力光）の強度をモニタし、入力光強度の変化量を検出する入力光強度変化検出ステップと、
   前記入力光強度変化検出ステップにおいて検出した入力光強度の変化量から波長数変動の有無を判断し、波長数に変動が有ると判断した場合、波長数の変動に応じた係数を前記入力光強度の変化量に掛けて出力する係数選択ステップと、
   入力光の強度と出力する光の強度とから実際の利得を算出して目標とする利得との誤差および前記係数選択ステップにおいて出力された入力光強度の変化量に基づいて前記増幅を制御する制御ステップと、を備えること
   を特徴とする波長多重用光増幅器における光増幅制御方法。

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