JP2006202854A - 光増幅器および光ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 入力信号光のレベルおよび波長に依らず出力信号光レベルを一定の目標レベルに容易に保つことができる光増幅器を提供する。
【解決手段】 入力信号光の一部は、光カプラ５１により分岐され、光カプラ５２により第１分岐光と第２分岐光とに分岐され、第１分岐光のパワーが光検出部６１により検出され、第２分岐光のパワーが光検出部６２により検出される。使用波長帯域において光カプラ５２の分岐比が波長依存性を有していることから、光検出部６１，６２による検出結果に基づいて、入力信号光のレベルおよび波長がモニタされる。制御部７０により、入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、出力端１ｂから出力されるべき光の目標レベルＰ_totalが設定され、光検出部６３により得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるように、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、信号光を光増幅することができる光増幅器に関するものである。

光増幅器は、光通信システム等において信号光を光増幅するものであって、信号光を光増幅するための光増幅媒体と、その光増幅媒体に供給すべき励起光を出力する励起光源とを備える（特許文献１参照）。好適には、光導波領域にＥｒ元素が添加された光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium-Doped Fiber）が光増幅媒体として用いられ、また、そのＥｒ元素を励起し得る波長（９８０ｎｍ帯または１４８０ｎｍ帯）の励起光を出力する半導体レーザ素子が励起光源として用いられる。

また、光増幅器は、入力信号光レベルをモニタする入力信号光モニタ部、または、全出力光レベルをモニタする出力光モニタ部を更に備えていて、これらのモニタ結果に基づいて光増幅媒体における光増幅動作を制御する。このような光増幅器における制御方式として、信号光を光増幅する際の利得を所定値とする制御方式（ＡＧＣ: Auto Gain Control）と、光増幅されて出力される信号光のレベルを所定値とする制御方式（ＡＬＣ: Auto Level Control）とがある。

一般に、ＡＬＣ制御方式では、出力光モニタ部によるモニタにより得られる全出力光レベルが目標レベルとなるように、励起光源から光増幅媒体に供給される励起光のパワーが制御される。ただし、出力光モニタ部によりモニタされる全出力光レベルは、光増幅媒体において光増幅されて出力される信号光のレベルに、光増幅媒体において発生した雑音光のレベルが加算されたものである。したがって、上記のＡＬＣ制御方式では、全出力光レベル（＝出力信号光レベル＋雑音光レベル）は目標レベルとなるものの、出力信号光レベルは目標レベルとならない。

一方、出力信号光レベルが目標レベルとなるようするＡＬＣ制御方式では、入力信号光モニタ部によるモニタにより得られた入力信号光レベルＰ_inに基づいて出力光の目標レベルＰ_totalが設定され、その上で、出力光モニタ部によるモニタにより得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるように、励起光源から光増幅媒体に供給される励起光のパワーが制御される。例えば、全出力光の目標レベルＰ_totalは、入力信号光レベルＰ_inの関数として下記(1)式で表される。ここで、Ｐ_oは雑音光が無い場合の全出力光の目標レベルであり、Ｐ_cntは定数である。この(1)式の右辺の第２項（Ｐ_oＰ_cnt／Ｐ_in）は、入力信号光レベルＰ_inに依存する補正項である。

特開２００１−５３６８５号公報

しかしながら、上記のように例えば(1)式により入力信号光レベルＰ_inに基づいて出力光の目標レベルＰ_totalが設定されて、出力光モニタ部によるモニタにより得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるようするＡＬＣ制御方式であっても、出力信号光レベルを一定の目標レベルに保つことができるとは限らない。特に、入力信号光レベルが低い場合や、使用波長帯域が広く入力信号光の波長が変動する場合には、出力信号光レベルを一定の目標レベルに保つことは困難である。

図１５は、入力信号光レベルＰ_inに基づいて目標レベルＰ_totalを設定する従来のＡＬＣ制御方式における全出力光レベルの波長依存性および所要励起光パワーの波長依存性の一例を示すグラフである。このグラフに示されるように、出力信号光レベルを一定の目標レベル（＋０.４４ｄＢｍ）に制御すべき光増幅器に、−２１.５６ｄＢｍの入力信号光が入力した場合、Ｃバンド（波長１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）に亘って全出力光レベルは約１.７ｄＢの変動が生じる。この変動分は制御誤差となる。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、入力信号光のレベルおよび波長に依らず出力信号光レベルを一定の目標レベルに容易に保つことができる光増幅器を提供することを目的とする。

第１の発明に係る光増幅器は、入力端に入力した信号光を光増幅し、その光増幅した信号光を出力端から出力する光増幅器であって、(1) 入力端から出力端へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、励起光が供給されたときに入力した信号光を光増幅して出力する光増幅媒体と、(2) 光増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、(3) 入力端に入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部と、(4) 出力端から出力される光のレベルをモニタする出力光モニタ部と、(5) 入力信号光モニタ部により得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、出力端から出力されるべき光の目標レベルを設定し、出力光モニタ部により得られる全出力光レベルが該目標レベルとなるように、励起光供給部により光増幅媒体に供給される励起光のパワーを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

この第１の発明に係る光増幅器では、励起光供給部により励起光が光増幅媒体に供給され、入力端に入力した信号光は光増幅媒体において光増幅され、その光増幅された信号光は出力端から出力される。入力端に入力する信号光のレベルおよび波長は入力信号光モニタ部によりモニタされる。また、出力端から出力される光のレベル（＝出力信号光レベル＋雑音光レベル）は出力光モニタ部によりモニタされる。そして、制御部により、入力信号光モニタ部により得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、出力端から出力されるべき光の目標レベルが設定される。この設定に際しては、入力信号光レベル，入力信号光波長，出力信号光レベルおよび全出力光レベルの間の関係について予め求められた結果に基づいて、出力信号光レベルが一定の目標レベルとなるように全出力光の目標レベルが設定される。そして、出力光モニタ部により得られる全出力光レベルが該目標レベルとなるように、励起光供給部により光増幅媒体に供給される励起光のパワーが制御されることにより、入力信号光のレベルおよび波長に依らず出力信号光レベルは一定の目標レベルに容易に保たれ得る。

第２の発明に係る光増幅器は、入力端に入力した信号光を光増幅し、その光増幅した信号光を出力端から出力する光増幅器であって、(1) 入力端から出力端へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、励起光が供給されたときに入力した信号光を光増幅して出力する光増幅媒体と、(2) 光増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、(3) 入力端に入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部と、(4) 入力信号光モニタ部により得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、励起光供給部により光増幅媒体に供給されるべき励起光の目標パワーを設定し、光増幅媒体に供給される励起光のパワーが該目標パワーとなるように励起光供給部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

この第２の発明に係る光増幅器では、励起光供給部により励起光が光増幅媒体に供給され、入力端に入力した信号光は光増幅媒体において光増幅され、その光増幅された信号光は出力端から出力される。入力端に入力する信号光のレベルおよび波長は入力信号光モニタ部によりモニタされる。そして、制御部により、入力信号光モニタ部により得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、励起光供給部により光増幅媒体に供給されるべき励起光の目標パワーが設定される。この設定に際しては、入力信号光レベル，入力信号光波長，出力信号光レベルおよび励起光パワーの間の関係について予め求められた結果に基づいて、出力信号光レベルが一定の目標レベルとなるように励起光の目標パワーが設定される。そして、光増幅媒体に供給される励起光のパワーが該目標パワーとなるように励起光供給部が制御されることにより、入力信号光のレベルおよび波長に依らず出力信号光レベルは一定の目標レベルに容易に保たれ得る。なお、この第２の発明に係る光増幅器において、出力端から出力される光のレベルをモニタする出力光モニタ部が更に備えられていてもよい。

上記の第１または第２の発明に係る光増幅器において、入力信号光モニタ部は、(1) 入力端から光増幅媒体へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、その信号光伝搬経路を伝搬する信号光の一部を分岐して取り出す第１光カプラと、(2) 分岐比が波長依存性を有し、第１光カプラにより分岐されて取り出された信号光を第１分岐光および第２分岐光に分岐して出力する第２光カプラと、(3) 第２光カプラから出力された第１分岐光のパワーを検出する第１光検出部と、(4) 第２光カプラから出力された第２分岐光のパワーを検出する第２光検出部と、を含むのが好適である。そして、入力信号光モニタ部は、第１光検出部および第２光検出部それぞれによる検出結果ならびに第２光カプラの分岐比の波長依存性に基づいて、入力端に入力する波長をモニタするのが好適である。

この場合、入力信号光モニタ部では、入力端から光増幅媒体へ向う信号光の一部は、第１光カプラにより分岐されて取り出され、第２光カプラにより第１分岐光および第２分岐光に分岐される。第２光カプラから出力された第１分岐光のパワーは第１光検出部により検出され、また、第２光カプラから出力された第２分岐光のパワーは第２光検出部により検出される。そして、第１光検出部および第２光検出部それぞれによる検出結果ならびに第２光カプラの分岐比の波長依存性に基づいて、入力端に入力する信号光の波長がモニタされる。また、第１光検出部または第２光検出部による検出結果に基づいて、入力端に入力する信号光のレベルのモニタも可能である。

或いは、上記の第１または第２の発明に係る光増幅器において、入力信号光モニタ部は、(1) 入力端から光増幅媒体へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、その信号光伝搬経路を伝搬する信号光の一部を分岐して取り出す第１光カプラと、(2) 第１光カプラにより分岐されて取り出された信号光を第１分岐光および第２分岐光に分岐して出力する第２光カプラと、(3) 第２光カプラから出力された第１分岐光のパワーを検出する第１光検出部と、(4) 透過率が波長依存性を有し、第２光カプラから出力された第２分岐光を透過させて出力する光フィルタと、(5) 光フィルタを透過した第２分岐光のパワーを検出する第２光検出部と、を含むのが好適である。そして、入力信号光モニタ部は、第１光検出部および第２光検出部それぞれによる検出結果ならびに光フィルタの透過率の波長依存性に基づいて、入力端に入力する信号光の波長をモニタするのが好適である。

この場合、入力信号光モニタ部では、入力端から光増幅媒体へ向う信号光の一部は、第１光カプラにより分岐されて取り出され、第２光カプラにより第１分岐光および第２分岐光に分岐される。第２光カプラから出力された第１分岐光のパワーは第１光検出部により検出され、また、第２光カプラから出力された第２分岐光のうち光フィルタを透過した光のパワーは第２光検出部により検出される。そして、第１光検出部および第２光検出部それぞれによる検出結果ならびに光フィルタの透過率の波長依存性に基づいて、入力端に入力する信号光の波長がモニタされる。また、第１光検出部または第２光検出部による検出結果に基づいて、入力端に入力する信号光のレベルのモニタも可能である。なお、第２光カプラと第２光検出部との間に光フィルタが設けられるだけでなく、第２光カプラと第１光検出部との間にも光フィルタが設けられてもよく、この場合には、これら２つの光フィルタそれぞれの透過率の差が波長依存性を有していることが必要である。

本発明に係る光ネットワークシステムは、上記の本発明に係る光増幅器を備え、信号光を伝送するとともに、この信号光を光増幅器により光増幅することを特徴とする。また、この光ネットワークシステムは、入力した多波長信号光のうちの何れか１波長の信号光を分波して出力する光分波器を更に備え、この光分波器から出力された１波長の信号光を光増幅器により光増幅するのが好適である。また、光増幅部に入力する信号光の波長が可変であるのが好適である。

この光ネットワークシステムでは、伝送される信号光は、上記の本発明に係る光増幅器により光増幅される。この光増幅器に入力する信号光のレベルや波長に依らず、光増幅器から出力される信号光のレベルは一定の目標レベルに容易に保たれ得る。また、上記の光分波器が設けられる場合には、光分波器により他の波長の信号光に対して分波されて光増幅器に入力する１波長の信号光のレベルや波長が変動しても、光増幅器から出力される信号光のレベルは一定の目標レベルに容易に保たれ得る。

本発明によれば、入力信号光のレベルおよび波長に依らず出力信号光レベルを一定の目標レベルに容易に保つことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

先ず、本発明に係る光増幅器の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光増幅器１の構成図である。この図に示される光増幅器１は、入力端１ａに入力した信号光を光増幅して出力端１ｂから出力するものであって、入力端１ａから出力端１ｂへ到るまでの信号光伝搬経路上に順に、光カプラ５１、光アイソレータ２１、光カプラ３０、ＥＤＦ１０、光アイソレータ２２および光カプラ５３を備える。更に、光増幅器１は、光カプラ３０に接続された励起光源４０、光カプラ５１に接続された光カプラ５２、光カプラ５２に接続された光検出部６１，６２、光カプラ５３に接続された光検出部６３、および、光検出部６１〜６３による検出結果を入力し励起光源４０を制御する制御部７０を備える。

光増幅媒体であるＥＤＦ１０は、光導波領域にＥｒ元素が添加された光ファイバであって、Ｅｒ元素を励起し得る波長（９８０ｎｍ帯または１４８０ｎｍ帯）の励起光を導波させることができるとともに、光増幅されるべきＣバンドに含まれる波長の信号光をも導波させることができる。そして、ＥＤＦ１０は、励起光が供給されることにより、入力した信号光を光増幅して出力することができる。

光アイソレータ２１，２２は、入力端１ａから出力端１ｂへ向う順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。

光増幅器１は、光増幅媒体であるＥＤＦ１０に励起光を供給する励起光供給部として、光カプラ３０および励起光源４０を備える。光カプラ３０は、光アイソレータ２１から出力された信号光を入力して該信号光をＥＤＦ１０へ出力するとともに、励起光源４０から出力された励起光を入力して該励起光をＥＤＦ１０へ出力する。励起光源４０は、ＥＤＦ１０に添加されたＥｒ元素を励起し得る波長の励起光を出力するものであり、好適には半導体レーザ素子を含む。

光増幅器１は、入力端１ａに入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部として、光カプラ５１、光カプラ５２、光検出部６１および光検出部６２を備える。光カプラ５１は、入力端１ａから光アイソレータ２１へ伝搬する信号光の一部を分岐して、その分岐した信号光を光カプラ５２へ出力し、残部を光アイソレータ２１へ出力する。光カプラ５２は、分岐比が波長依存性を有しており、使用波長帯域において分岐比と波長との間に１対１の対応関係が有る。このような光カプラ５２の製造は、励起光と信号光とを合分波する光カプラ３０を製造する際の条件を調整することで可能である。

光カプラ５２は、光カプラ５１により分岐されて取り出された信号光を入力し、この信号光を第１分岐光と第２分岐光とに分岐して、第１分岐光を光検出部６１へ出力し、第２分岐光を光検出部６２へ出力する、光検出部６１は、光カプラ５２から出力された第１分岐光のパワーを検出する。また、光検出部６２は、光カプラ５２から出力された第２分岐光のパワーを検出する。光検出部６１および光検出部６２それぞれは好適にはフォトダイオードを含む。光カプラ５２の分岐比の波長依存性に因り、２つの光検出部６１，６２による検出結果に基づいて、入力端１ａに入力する信号光のレベルおよび波長をモニタすることができる。

光増幅器１は、出力端１ｂから出力される光のレベルをモニタする出力光モニタ部として、光カプラ５３および光検出部６３を備える。光カプラ５３は、光アイソレータ２２から出力端１ｂへ伝搬する光の一部を分岐して、その分岐した光を光検出部６３へ出力し、残部を出力端１ｂへ出力する。光検出部６３は、光カプラ５３により分岐されて取り出された光を入力し、その光のパワーを検出する。光検出部６３は好適にはフォトダイオードを含む。この光検出部６３により検出される光パワーは、光増幅器１の出力端１ｂから出力される光のレベルを表す。

制御部７０は、２つの光検出部６１，６２による検出結果から得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、出力端１ｂから出力される信号光のレベルが目標レベルとなるように、励起光源４０から光カプラ３０を経てＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーを制御する。より具体的には、制御部７０は、入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、出力端１ｂから出力されるべき光の目標レベルＰ_totalを設定し、光検出部６３により得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるように、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーを制御する。或いは、制御部７０は、入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給されるべき励起光の目標パワーＰ_pumpを設定し、ＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが該目標パワーＰ_pumpとなるように励起光源４０を制御する。

この光増幅器１は以下のように動作する。励起光源４０から出力された励起光は、光カプラ３０を経てＥＤＦ１０へ供給される。入力端１ａに入力した信号光は、光カプラ５１，光アイソレータ２１および光カプラ３０を経てＥＤＦ１０を導波し、その導波する間に光増幅される。ＥＤＦ１０において光増幅された信号光は、光アイソレータ２２および光カプラ５３を経て、出力端１ｂから外部へ出力される。このとき、ＥＤＦ１０において発生した雑音光も、光アイソレータ２２および光カプラ５３を経て、出力端１ｂから外部へ出力される。

入力端１ａから光アイソレータ２１へ伝搬する信号光の一部は、入力端１ａと光アイソレータ２１との間に設けられた光カプラ５１により分岐されて取り出され、光カプラ５２に入力する。光カプラ５２に入力した信号光は、この光カプラ５２により第１分岐光と第２分岐光とに分岐されて出力される。光カプラ５２から出力された第１分岐光のパワーは光検出部６１により検出され、光カプラ５２から出力された第２分岐光のパワーは光検出部６２により検出される。そして、使用波長帯域において光カプラ５２の分岐比が波長依存性を有していることから、２つの光検出部６１，６２による検出結果に基づいて、入力端１ａに入力する信号光のレベルおよび波長がモニタされる。

光アイソレータ２２から出力端１ｂへ伝搬する光の一部は、光アイソレータ２２と出力端１ｂとの間に設けられた光カプラ５３により分岐されて取り出され、光カプラ５３に入力する。光カプラ５３に入力した光のパワーは光検出部６３により検出される。そして、光検出部６３による検出結果に基づいて、出力端１ｂから出力される光のレベルがモニタされる。

制御部７０により、２つの光検出部６１，６２による検出結果から得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、励起光源４０から光カプラ３０を経てＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが制御されて、これにより、出力端１ｂから出力される信号光のレベルが目標レベルとされる。より具体的には、制御部７０により、入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、出力端１ｂから出力されるべき光の目標レベルＰ_totalが設定され、光検出部６３により得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるように、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが制御される。

或いは、制御部７０により、入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給されるべき励起光の目標パワーＰ_pumpが設定され、ＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが該目標パワーＰ_pumpとなるように励起光源４０が制御される。このとき、励起光源４０へ与えられる駆動電流と励起光出力パワーとの関係が既知であれば、当該関係に基づいて、所要の大きさの駆動電流を励起光源４０へ与えればよい。また、励起光出力パワーをモニタして、そのモニタにより得られた励起光パワーが目標パワーＰ_pumpとなるように、励起光源４０に与えられる駆動電流の大きさを制御してもよい。

このように、第１実施形態では、入力信号光のレベルだけでなく入力信号光の波長にも基づいて、出力端１ｂから出力されるべき光の目標レベルＰ_totalが設定され、或いは、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給されるべき励起光の目標パワーＰ_pumpが設定されて、これら全出力光の目標レベルＰ_totalまたは励起光の目標パワーＰ_pumpとなるように制御が行われることで、入力信号光のレベルおよび波長に依らず出力信号光レベルを一定の目標レベルに容易に保つことができる。

次に、第１実施形態に係る光増幅器１における制御方式について更に詳細に説明する。入力信号光レベルをＰ_inとし、光検出部６１により検出された第１分岐光のレベルをPD1_monとし、光検出部６２により検出された第２分岐光のレベルをPD2_monとし、光カプラ５１から光検出部６１に到るまでの波長λでの損失をLOSS1(λ)とし、光カプラ５１から光検出部６２に到るまでの波長λでの損失をLOSS2(λ)とする。このとき、これらのパラメータの間に下記(2)式の関係式が成り立つ。ここで、C1，C2 それぞれは定数である。また、LOSS1(λ)およびLOSS2(λ) それぞれは、予め使用波長帯域に亘って測定することにより波長依存性を求めておくことができる。

光検出部６１の受光レベルPD1_monと光検出部６２の受光レベルPD2_monとの比Ratioは、下記(3)式で表され、光カプラ５２の分岐比の波長依存性を反映している。この比Ratioも、予め使用波長帯域に亘って測定することにより波長依存性を求めておくことができる。

光カプラ５２の分岐比と波長との間に１対１の対応関係が有ることから、比Ratioと波長λとの間にも１対１の対応関係が有る。したがって、下記(4)式のように、波長λは比Ratioの関数として表すことができる。

例えば、実測により得られた比Ratioの波長依存性が波長λの一次関数（下記(5)式）で近似される場合、上記(4)式は下記(6)式で表される。この(4)式（または(6)式）を用いることにより、光検出部６１の受光レベルPD1_monと光検出部６２の受光レベルPD2_monとの比Ratioから、入力信号光の波長λが得られる。

また、上記のようにして入力信号光の波長λが求められると、上記(2)式中のLOSS1(λ)およびLOSS2(λ)が確定され、下記(7a)〜(7c)式の何れかにより入力信号光レベルＰ_inも求められる。

このように、光カプラ５１から光検出部６１に到るまでの波長λでの損失LOSS1(λ)、光カプラ５１から光検出部６２に到るまでの波長λでの損失LOSS2(λ)、および、光検出部６１の受光レベルPD1_monと光検出部６２の受光レベルPD2_monとの比Ratio(λ)、それぞれが予め使用波長帯域に亘って求められて制御部７０に記憶されていることにより、実測により得られた比Ratioから、入力信号光のレベルＰ_inおよび波長λが求められる。

このようにして求められた入力信号光のレベルＰ_inおよび波長λに基づいて、出力端１ｂから出力されるべき光の目標レベルＰ_totalは下記(8)式により設定される。この(8)式中のＰ_o(λ)およびＰ_cnt(λ)それぞれは、上記(1)式中のものと異なり、波長依存性を有していて、予め使用波長帯域に亘って求められて制御部７０に記憶されている。これらの波長依存性は、従来のプロセスを信号光波長λを変化させながら実施することで求められる。

そして、制御部７０により、光検出部６３により得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるように、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが制御される。このような制御が行われることで、入力信号光のレベルや波長に依らず、出力信号光レベルを一定の目標レベルに容易に保つことができる。

また、第１実施形態に係る光増幅器１は、入力端１ａに入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部として、光カプラ５１、光カプラ５２、光検出部６１および光検出部６２を備えるだけでよい。この光増幅器１の入力信号光モニタ部は、従来の入力信号光レベルをモニタする為の構成と比較すると、１つの光カプラおよび１つの光検出部が加えられただけである。このように、第１実施形態に係る光増幅器１は、簡易な構成の入力信号光モニタ部を用いることで、入力信号光のレベルおよび波長の双方をモニタすることができる。

また、第１実施形態に係る光増幅器１は、入力信号光モニタ部により、入力する信号光の一部を分岐して取り出すことで、入力信号光のレベルおよび波長の双方をモニタすることができるので、波長情報を取得するための監視光等の信号を用いる必要がない。

また、入力信号光のレベルおよび波長が得られれば、図１５から判るように、全出力光の目標レベルＰ_totalを達成するのに必要な励起光の目標パワーＰ_pumpが一意的に決定されるので、入力信号光のレベルおよび波長に基づいて励起光の目標パワーＰ_pumpを設定して、ＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが該目標パワーＰ_pumpとなるように励起光源４０を制御するようにしてもよい。この場合には、励起光源４０から出力される励起光のパワーをモニタする機構が設けられる一方で、出力光モニタ部としての光カプラ５３および光検出部６３は不要である。

次に、本発明に係る光増幅器の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態に係る光増幅器２の構成図である。この図に示される光増幅器２は、入力端２ａに入力した信号光を光増幅して出力端２ｂから出力するものであって、入力端２ａから出力端２ｂへ到るまでの信号光伝搬経路上に順に、光カプラ５１、光アイソレータ２１、光カプラ３０、ＥＤＦ１０、光アイソレータ２２および光カプラ５３を備える。更に、光増幅器２は、励起光源４０、光カプラ５２、光検出部６１〜６３、制御部７０および光フィルタ８０を備える。

この光増幅器２は、入力端２ａに入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部として、光カプラ５１、光カプラ５２、光検出部６１、光検出部６２および光フィルタ８０を備える。前述した第１実施形態に係る光増幅器１の構成と比較すると、この第２実施形態に係る光増幅器２は、光カプラ５２と光検出部６２との間に光フィルタ８０が挿入されている点、および、光カプラ５２の分岐比が波長依存性を有していなくても構わない点、で相違する。

光フィルタ８０は、透過率が波長依存性を有し、使用波長帯域において透過率と波長との間に１対１の対応関係が有る。光フィルタ８０は、光カプラ５２から出力された第２分岐光を透過させて光検出部６２へ出力する。この光フィルタ８０は、好適には、光ファイバに形成された長周期グレーティングを含む。そして、光カプラ５２は、光カプラ５２から出力された第２分割光のうち光フィルタ８０を透過した光のパワーを検出する。

この第２実施形態に係る光増幅器２も、前述の第１実施形態に係る光増幅器１と略同様に動作する。ただし、この第２実施形態では、光検出部６１の受光レベルPD1_monと光検出部６２の受光レベルPD2_monとの比Ratio（上記(3)式）は、光フィルタ８０の透過率の波長依存性を反映しており、この点で第１実施形態の場合と相違している。すなわち、前述の第１実施形態では、光検出部６１および光検出部６２それぞれによる検出結果ならびに光カプラ５２の分岐比の波長依存性に基づいて入力信号光のレベルおよび波長がモニタされたが、第２実施形態では、光検出部６１および光検出部６２それぞれによる検出結果ならびに光フィルタ８０の透過率の波長依存性に基づいて入力信号光のレベルおよび波長がモニタされる。

次に、本発明に係る光ネットワークシステムの実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る光ネットワークシステム１００の構成図である。この図に示される光ネットワークシステム１００は、光ネットワーク１０１および光ネットワーク１０２を含み、光ネットワーク１０１上に設けられた光分波器３と、光ネットワーク１０２上に設けられた光合波器４と、光分波器３と光合波器４との間の光線路上に設けられた光増幅器１と、を備える。光増幅器１は、上述した第１実施形態に係るものであって、光分波器３と光合波器４との間に多段に設けられていてもよい。また、光増幅器１に替えて、上述した第２実施形態に係る光増幅器２が設けられていてもよい。

光ネットワーク１０１，１０２それぞれは、当該ネットワーク上のノード間でＮ波長λ_１〜λ_Ｎの各信号光を伝送する。ここでＮは２以上の整数である。光ネットワーク１０１上に設けられた光分波器３は、光ネットワーク１０１上を伝送されるＮ波長の信号光のうちの何れか１波長λ_ｎの信号光を分波して光増幅器１へ出力し、それ以外の波長の信号光を光ネットワーク１０１上に伝送させる。光ネットワーク１０２上に設けられた光合波器４は、光増幅器１から出力された波長λ_ｎの信号光を入力し、光ネットワーク１０２上を伝送される他の波長の信号光とこの波長λ_ｎの信号光とを合波して、その合波した多波長の信号光を光ネットワーク１０２上に伝送させる。なお、光分波器３により分波され光合波器４により合波される信号光の波長λ_ｎは可変であるのが好適である。

この光ネットワークシステム１００は以下のように動作する。ネットワーク１０１上を伝送されるＮ波長の信号光のうちの何れか１波長λ_ｎの信号光は、光分波器３により分波されて該ネットワーク１０１から取り出され、光増幅器１により光増幅された後に光合波器４に入力する。光合波器４に入力した波長λ_ｎの信号光は、光ネットワーク１０２上を伝送される他の波長の信号光と光合波器４により合波され、その合波された多波長の信号光は光ネットワーク１０２上を伝送される。

この光ネットワークシステム１００では、上述した第１実施形態に係る光増幅器１が光分波器３と光合波器４との間に設けられているので、光分波器３により分波されて光増幅器１に入力する信号光のレベルが変動する場合や、その信号光の波長λ_ｎが変化する場合であっても、光増幅器１から出力されて光合波器４に入力する信号光のレベルは所期の目標レベルが保たれる。

次に、上述した第１実施形態に係る光増幅器１のより具体的な実施例について説明する。ここで用いられる光カプラ５２は、図４〜図６に示されるような分岐特性を有するものとする。図４は、光カプラ５２の分岐特性を示す図である。図５は、光カプラ５２の分岐特性を纏めた図表である。これらの図には、光カプラ５１から光検出部６１に到るまでの損失特性LOSS1(λ)[dB]、光カプラ５２から光検出部６２に到るまでの損失特性LOSS2(λ)[dB]、および、LOSS1(λ)とLOSS2(λ)との差δLOSS(λ)（＝LOSS1(λ)−LOSS2(λ)）[dB]、それぞれが示されている。また、図６は、光カプラ５２の分岐特性（差δLOSS(λ)）を示す図である。

この光カプラ５２は、波長１５９０ｎｍ光と波長１５１０ｎｍ光との合分波に用いられるものであり、この２波長の間の帯域（Ｃバンドを含む帯域）において分岐比と波長との間に１対１の対応関係がある。また、図６に示されるように、Ｃバンドにおいて、差δLOSS(λ)は波長λの一次関数としてよく近似することができる。この近似式を用いて、入力信号光のレベルおよび波長を代数的に求めることができる。しかし、以下では、図５に示された表を記憶しておいて、これに基づいて入力信号光のレベルおよび波長を求めることとする。

第１分岐光を受光した光検出部６１の受光レベルPD1_monがＡ／Ｄ変換されて、そのＡ／Ｄ変換により得られたデジタル値PD1_digitalが制御部７０に取り込まれるものとする。また、第２分岐光を受光した光検出部６２の受光レベルPD2_monがＡ／Ｄ変換されて、そのＡ／Ｄ変換により得られたデジタル値PD2_digitalが制御部７０に取り込まれるものとする。デジタル値PD1_digital，PD2_digitalそれぞれは、１６ビット値であって、最大値が６５５３５（＝２^１６）であるとし、受光レベルが−１５.５６ｄＢｍであるときに最大値６５５３５になるものとする。このとき、これらのパラメータの間には下記(9)式の関係がある。

また、光検出部６１の受光レベルPD1_monに対応するデジタル値PD1_digitalが５０００であるとし、光検出部６２の受光レベルPD2_monに対応するデジタル値PD2_digitalが１００００であるとする。このとき、光検出部６１の受光レベルPD1_monおよび光検出部６２の受光レベルPD2_monそれぞれは下記(10)式で表される。また、比Ratioは、dBm表示で差分として表され、下記(11)式で表される。

この比Ratioの値（−３.０１ｄＢ）は、図５を参照することにより、波長１５３７ｎｍと波長１５３９ｎｍとの間にある或る波長λでの値であることが判る。この入力信号光の波長λは下記(12)式の補間計算式により得られる。また、この求められた入力信号光の波長λから、光カプラ５２から光検出部６２に到るまでの損失LOSS2が下記(13)式で求められる。さらに、この損失LOSS2から、入力信号光レベルＰ_inが下記(14)式で求められる。この入力信号光レベルＰ_inに対応するデジタル値Ｐ_digitalは下記(15)式で表される。

以上のようにして、入力信号光のレベルおよび波長が求められる。続いて、この入力信号光のレベルおよび波長に基づいて全出力光の目標レベルＰ_totalを設定する方法について説明する。

波長，入力信号光レベルおよび全出力光レベルの間には、図７〜図１１に示されるような関係が有るものとする。図７は、入力信号光レベルの各値について全出力光レベルと波長との関係を示す図である。図８は、波長の各値について全出力光レベルと入力信号光レベルとの関係を示す図である。図９は、波長，入力信号光レベルおよび全出力光レベルの間の関係を纏めた図表である。図１０は、波長の各値について全出力光レベル（デジタル値）と入力信号光レベル（デジタル値）との関係を示す図である。図１１は、波長，入力信号光レベルおよび全出力光レベル（デジタル値）の間の関係を纏めた図表である。これらの図は同じ内容を表している。ただし、図１１は、Ｐ_cnt／Ｐ_o および Ｐ_o それぞれの波長依存性をも示している。

これらの図では、入力信号光の波長λについては、１５３５.０ｎｍ，１５４０.０ｎｍ，１５４５.０ｎｍ，１５５０.０ｎｍ，１５５５.０ｎｍ，１５６０.０ｎｍ，１５６２.５ｎｍおよび１５６５.０ｎｍの各値が示されている。入力信号光のレベルＰ_inについては、−１５.５６ｄＢｍ，−１８.５６ｄＢｍ，−２１.５６ｄＢｍおよび−２４.５６ｄＢｍの各値が示されている。また、全出力光レベルについては、上記の入力信号光の波長λおよびレベルＰ_inの全ての組合せについて、出力信号光レベルが＋０.４４ｄＢｍとなるようにＡＬＣ制御した場合の全出力光レベルの値が示されている。図７および図８から判るように、出力信号光レベルを所定値とするＡＬＣ制御では、全出力光レベルは、入力信号光の波長λおよびレベルＰ_inの双方に依存して変化し、仮に波長情報を無視した場合には目標レベルとの差が最悪で５ｄＢも生じる。

入力信号光の波長λおよびレベルＰ_inならびに全出力光レベルＰ_totalの関係を完全な代数式で表すことは困難であるが、上記(8)式で近似され得る。この(8)式中のＰ_o(λ)およびＰ_cnt(λ)それぞれは、波長λを変数とする関数であって、予め使用波長帯域に亘って求めておくことができる。また、上記(8)式に替えて下記(16)式を用いることもできる。

この(16)式は、図１０に示されるような信号光レベルＰ_inが低い範囲における全出力光レベルＰ_totalの急峻な変化をよく表すことができ、また、これをTaylor展開して１次項まで採ったものが上記(8)式と一致する。そこで、以下では、この(16)式を用いる。この(16)式中の Ｐ_cnt(λ)／Ｐ_o(λ) および Ｐ_o(λ) それぞれは、図１１および図１２に示されている。図１２は、Ｐ_cnt(λ)／Ｐ_o(λ) およびＰ_o(λ) それぞれの波長依存性を示す図である。これら Ｐ_cnt(λ)／Ｐ_o(λ) および Ｐ_o(λ) は、予め波長毎に求められて記憶されて、波長依存型ＡＬＣ制御の際に用いられる。なお、この際に、波長間隔を狭くしてデータ数を多くすることが制御精度向上の点では好都合であるが、要求仕様に応じて波長間隔が設定される。本実施例では波長間隔は５ｎｍ（一部で２.５ｎｍ）とされている。

既に入力信号光のレベルＰ_inおよび波長λが求められており、この入力信号光のレベルＰ_inおよび波長λならびに図１１に基づいて以下のようにして全出力光の目標レベルＰ_totalが設定される。入力信号光波長λ（１５３８ｎｍ）は、図１１中の波長１５３５ｎｍと波長１５４０ｎｍとの間にある。そこで、入力信号光波長λにおけるＰ_oは、波長１５３５ｎｍおよび波長１５４０ｎｍそれぞれにおけるＰ_oの値を用いて、下記(17)式の補間計算式により得られる。また、入力信号光波長λにおけるＰ_cnt／Ｐ_oは、波長１５３５ｎｍおよび波長１５４０ｎｍそれぞれにおけるＰ_cnt／Ｐ_oの値を用いて、下記(18)式の補間計算式により得られる。そして、入力信号光波長λにおけるＰ_o（(17)式）およびＰ_cnt／Ｐ_o（(18)式）ならびに入力信号光レベルＰ_in（(15)式）を用いて、上記(16)式の全出力光レベルＰ_totalは下記(19)式により得られる。

以上のようにして全出力光の目標レベルＰ_totalが設定されると、制御部７０により、光検出部６３により得られる全出力光レベルが該目標レベルＰ_totalとなるように、励起光源４０からＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが制御される。或いは、全出力光の目標レベルＰ_totalを達成するのに必要な励起光の目標パワーＰ_pumpが一意的に決定されるので、ＥＤＦ１０に供給される励起光のパワーが該目標パワーＰ_pumpとなるように励起光源４０を制御するようにしてもよい。このような制御が行われることで、入力信号光のレベルや波長に依らず、出力信号光レベルを一定の目標レベルに容易に保つことができる。

次に、上述した第２実施形態に係る光増幅器２のより具体的な実施例について説明する。ここで用いられる光フィルタ８０は、図１３，図１４に示されるような透過特性を有するものとする。図１３は、光フィルタ８０の透過特性を示す図である。また、図１４は、光フィルタ８０の透過特性を纏めた図表である。

光カプラ５２の分岐比が使用波長帯域で一定であるとすると、光検出部６１の受光レベルPD1_monと光検出部６２の受光レベルPD2_monとの比Ratioは、光フィルタ８０の透過率の波長依存性を反映したものとなる。この光フィルタ８０は、光ファイバに形成された長周期グレーティングであり、Ｃバンドを含む帯域において透過率と波長との間に１対１の対応関係がある。この図１４に示された表を記憶しておいて、前記と同様にして、これに基づいて入力信号光のレベルおよび波長を求めることができ、さらに、全出力光の目標レベルＰ_totalを設定することができる。

第１実施形態に係る光増幅器１の構成図である。 第２実施形態に係る光増幅器２の構成図である。 本実施形態に係る光ネットワークシステム３の構成図である。 光カプラ５２の分岐特性を示す図である。 光カプラ５２の分岐特性を纏めた図表である。 光カプラ５２の分岐特性（差δLOSS(λ)）を示す図である。 入力信号光レベルの各値について全出力光レベルと波長との関係を示す図である。 波長の各値について全出力光レベルと入力信号光レベルとの関係を示す図である。 波長，入力信号光レベルおよび全出力光レベルの間の関係を纏めた図表である。 波長の各値について全出力光レベルと入力信号光レベルとの関係を示す図である。 波長，入力信号光レベルおよび全出力光レベルの間の関係を纏めた図表である。 Ｐ_cnt(λ)／Ｐ_o(λ) および Ｐ_o(λ) それぞれの波長依存性を示す図である。 光フィルタ８０の透過特性を示す図である。 光フィルタ８０の透過特性を纏めた図表である。 入力信号光レベルＰ_inに基づいて目標レベルＰ_totalを設定する従来のＡＬＣ制御方式における全出力光レベルの波長依存性および所要励起光パワーの波長依存性の一例を示すグラフである。

符号の説明

１，２…光増幅器、３…光分波器、４…光合波器、１０…ＥＤＦ（光増幅媒体）、２１，２２…光アイソレータ、３０…光カプラ、４０…励起光源、５１〜５３…光カプラ、６１〜６３…光検出部、７０…制御部、８０…光フィルタ、１００…光ネットワークシステム、１０１，１０２…光ネットワーク。

Claims (7)

1. 入力端に入力した信号光を光増幅し、その光増幅した信号光を出力端から出力する光増幅器であって、
   前記入力端から前記出力端へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、励起光が供給されたときに入力した信号光を光増幅して出力する光増幅媒体と、
   前記光増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、
   前記入力端に入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部と、
   前記出力端から出力される光のレベルをモニタする出力光モニタ部と、
   前記入力信号光モニタ部により得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、前記出力端から出力されるべき光の目標レベルを設定し、前記出力光モニタ部により得られる全出力光レベルが該目標レベルとなるように、前記励起光供給部により前記光増幅媒体に供給される励起光のパワーを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする光増幅器。
2. 入力端に入力した信号光を光増幅し、その光増幅した信号光を出力端から出力する光増幅器であって、
   前記入力端から前記出力端へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、励起光が供給されたときに入力した信号光を光増幅して出力する光増幅媒体と、
   前記光増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、
   前記入力端に入力する信号光のレベルおよび波長をモニタする入力信号光モニタ部と、
   前記入力信号光モニタ部により得られた入力信号光のレベルおよび波長に基づいて、前記励起光供給部により前記光増幅媒体に供給されるべき励起光の目標パワーを設定し、前記光増幅媒体に供給される励起光のパワーが該目標パワーとなるように前記励起光供給部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする光増幅器。
3. 前記入力信号光モニタ部は、
   前記入力端から前記光増幅媒体へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、その信号光伝搬経路を伝搬する信号光の一部を分岐して取り出す第１光カプラと、
   分岐比が波長依存性を有し、前記第１光カプラにより分岐されて取り出された信号光を第１分岐光および第２分岐光に分岐して出力する第２光カプラと、
   前記第２光カプラから出力された第１分岐光のパワーを検出する第１光検出部と、
   前記第２光カプラから出力された第２分岐光のパワーを検出する第２光検出部と、
   を含み、
   前記第１光検出部および前記第２光検出部それぞれによる検出結果ならびに前記第２光カプラの分岐比の波長依存性に基づいて、前記入力端に入力する波長をモニタする、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅器。
4. 前記入力信号光モニタ部は、
   前記入力端から前記光増幅媒体へ到るまでの信号光伝搬経路上に設けられ、その信号光伝搬経路を伝搬する信号光の一部を分岐して取り出す第１光カプラと、
   前記第１光カプラにより分岐されて取り出された信号光を第１分岐光および第２分岐光に分岐して出力する第２光カプラと、
   前記第２光カプラから出力された第１分岐光のパワーを検出する第１光検出部と、
   透過率が波長依存性を有し、前記第２光カプラから出力された第２分岐光を透過させて出力する光フィルタと、
   前記光フィルタを透過した第２分岐光のパワーを検出する第２光検出部と、
   を含み、
   前記第１光検出部および前記第２光検出部それぞれによる検出結果ならびに前記光フィルタの透過率の波長依存性に基づいて、前記入力端に入力する波長をモニタする、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅器。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の光増幅器を備え、信号光を伝送するとともに、この信号光を前記光増幅器により光増幅する、ことを特徴とする光ネットワークシステム。
6. 入力した多波長信号光のうちの何れか１波長の信号光を分波して出力する光分波器を更に備え、この光分波器から出力された１波長の信号光を前記光増幅器により光増幅する、ことを特徴とする請求項５記載の光ネットワークシステム。
7. 前記光増幅部に入力する信号光の波長が可変であることを特徴とする請求項５記載の光ネットワークシステム。

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