JP2006253326A

JP2006253326A - 光アンプ装置

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Publication number: JP2006253326A
Application number: JP2005066170A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Endo; 浩遠藤; Shinichi Takashima; 伸一高島; Koji Yamanaka; 浩司山中
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】ファン等の強制冷却部が故障した場合にも消費電力の上昇、及び励起光源の破損を回避できる光アンプ装置を提供する。
【解決手段】本発明の光アンプ装置１は、４つの光アンプモジュール２をサブラックに搭載したサブラック型の光アンプ装置であり、監視手段３、電源部４、及び３台ファン５を有している。監視手段３でファン５の故障を監視し、ファン５のいずれかが故障したことを検出すると、温度制御電流の増大を抑制するために設定温度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号入力を増幅し高出力の光信号を送出する高出力光アンプ装置に関して、特に複数の励起光源を有する光アンプモジュールを複数搭載した光アンプ装置の技術分野に関するものである。

光通信分野においては、一つの光信号を複数の地点に分岐して送信するニーズが高く、特にＣＡＴＶのような放送分野に適用する場合には、多数の加入者宅に送信するため１局から多数の出力に分配して送信する必要がある。

放送用では、パワーが０〜１０ｄＢｍ程度の比較的高い光信号を光アンプに入力し、これを１出力当り２０ｄＢｍ程度に増幅して送信している。光アンプ１台で前記入力光を２０ｄＢｍ程度に増幅できるものとすると、１入力の光信号を例えば１６出力に分配して送信するためには、従来は１６台の前記光アンプが必要となった。このように１入力１出力の光アンプを用いた場合には、出力数に応じた数だけの光アンプが必要となり、光アンプの設置スペースが膨大になるといった課題があった。

そこで、１入力の光信号に対し複数の光信号を出力するマルチポート光アンプが開発されている。マルチポート光アンプは、１入力の光信号を増幅して複数の光信号に分岐して出力するものであり、そのために複数の励起光源を用いて大きな増幅効果を実現している。

例えば、１入力１６出力のマルチポート光アンプには、４組程度の励起光源が内蔵されている。また、このようなマルチポート光アンプを一つの光アンプモジュールとして、複数の光アンプモジュールをサブラックに搭載したサブラック型光アンプ装置がある。

前記サブラック型光アンプ装置は、複数の光アンプモジュールにそれぞれ複数の励起光源を内蔵しているため、装置内の発熱量が大きくなる。そこで、装置内を冷却するためにファン等の強制冷却部が1台以上設けられており、さらに当該強制冷却部の監視等を行う監視手段が設けられている。

前記サブラック型光アンプ装置において、冷却手段であるファンが故障した場合には、前記監視手段によってこれを検出し、アラームとしてＬＥＤ表示またはＬＡＮ経由で前記故障を通知するようになっており、このようなアラーム情報をもとにファン交換を行っている。

しかしながら、ファンの故障によって冷却効果が低下するため、サブラックに搭載されている光アンプモジュールの周囲温度及び励起光源のケース温度が上昇してしまう。前記光アンプモジュールに搭載されている励起光源素子は、その信頼性を高めるためにペルチェ素子のような熱電変換素子により常時冷却されているが、前記ファンの故障により前記ケース温度が上昇すると前記熱電変換素子で消費される電力が増加してしまう。

その結果、電流容量の制限等で消費電力を増やせない状況下でファンの故障が発生すると、前記電熱変換素子の消費電力が増加して電流容量の制限を超えてしまう恐れがあった。

また、前記電熱変換素子の消費電力が増加すると、当該消費電力の増加によって前記電熱変換素子における発熱も増加し、周囲温度によっては前記ケース温度が許容範囲の上限である定格温度近くまで上昇する恐れがあり、前記ケース温度が前記定格温度を超過した場合には励起光源の破損にいたる恐れがあった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、ファン等の強制冷却部が故障した場合にも消費電力の上昇、及び励起光源の破損を回避できる光アンプ装置を提供することを目的とする。

この発明の光アンプ装置の第１の態様は、励起光源素子と、前記励起光源素子を冷却するための熱電変換素子と、前記励起光源素子の温度が所定の設定温度に一致するよう前記熱電変換素子の温度制御電流を制御する制御部とを備えた励起光源部を複数組み合わせて光アンプモジュールを構成し、前記光アンプモジュールをサブラックに複数搭載し、さらに前記光アンプモジュールを冷却する複数の強制冷却部と、前記複数の強制冷却部の運転状態を監視する監視手段とを備えたサブラック型光アンプ装置であって、前記監視手段は、前記複数の強制冷却部のいずれかの故障を検知すると前記励起光源素子に対する別の設定温度を所定の方法で決定して前記制御部に出力し、前記制御部が、前記監視手段から前記別の設定温度を入力すると、入力した前記別の設定温度に基づいて前記温度を制御電流制御することを特徴とする光アンプ装置である。

第２の態様は、前記所定の方法が、前記監視手段に予め記憶させた所定の代替温度を前記別の設定温度とすることを特徴とする光アンプ装置である。

第３の態様は、前記所定の方法が、前記強制冷却器の故障台数に対応する代替温度を前記監視手段に予め記憶させ、前記強制冷却器の故障台数をもとに、対応する前記代替温度を選択して前記別の設定温度とすることを特徴とする光アンプ装置である。

第４の態様は、前記所定の方法が、前記強制冷却器の故障による前記励起光源部のケース温度の上昇分を算出し、前記ケース温度の上昇分に所定の割合で対応させた温度差分を前記所定の設定温度に加算したものを前記別の設定温度とすることを特徴とする光アンプ装置である。

第５の態様は、前記監視手段が、前記強制冷却器のいずれかの故障を検知すると前記制御部に所定の指令信号を出力し、前記制御部が、前記所定の指令信号を入力すると前記温度制御電流を一定とする制御に切換えることを特徴とする光アンプ装置である。

第６の態様は、前記監視手段が、前記強制冷却部の故障を検出すると前記故障した強制冷却部の影響を受ける前記光アンプモジュールを選択し、前記選択された光アンプモジュール内の前記制御部に対して前記別の設定温度または前記指令信号を出力することを特徴とする光アンプ装置である。

第７の態様は、前記制御部が、前記別の設定温度または前記所定の指令信号を入力すると、前記例光源部の前記ケース温度を測定し、前記ケース温度が所定の定格値を超えると予測される場合に前記別の設定温度に基づく制御または前記温度制御電流の一定制御を行うことを特徴とする光アンプ装置である。

本発明によれば、ファン故障時に熱電変換素子に対する設定温度を高くすることで、温度制御電流の上昇を抑制して消費電力の増加を回避するとともに、ケース温度の上昇を防いで励起光源の健全性を維持することが可能となる。

図面を参照して本発明の実施の形態における光アンプ装置の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

図１は、本発明の実施の形態に係る光アンプ装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す光アンプ装置１は、４つの光アンプモジュール２をサブラックに搭載したサブラック型の光アンプ装置の実施例である。各光アンプモジュール２は、１入力１６出力のマルチポート光アンプで構成されるものとしている。

また、光アンプ装置１は、監視手段３、２系統の電源部４、及び３台の強制冷却部（ここではファンとする）５を有している。強制冷却部であるファン５は、光アンプ装置１内を冷却する手段であり、ファン５の運転状態は監視手段３によって監視されている。仮に３台のファン５のうちのいずれかが故障すると、監視手段３が当該故障を検知してＬＥＤ表示又はＬＡＮ経由でアラーム情報を通知する構成となっている。

光アンプモジュール２の構成を、図２に示す構成図を用いて説明する。４つの光アンプモジュール２は全て同じ構造を有するものとし、各々４組の励起光源１７を内蔵している。光ファイバー１１は、ダブルクラッド構造のもので構成されており、コアに隣接する第一のクラッド部分に、パワーコンバイナー１２を介して４組の励起光源制御・検出部１６からの励起光が入力される構造になっている。

光入力６は、光ファイバー１１において増幅され、パワーコンバイナー１２及び光分波器１３を介して光出力７となる。励起光源制御・検出部１６は励起光源１７、駆動回路１８、温調回路１９、温度測定回路２０を備え、駆動回路１８から与えられる駆動電流によって励起光源１７が発光する。光出力検出回路部１４は、光分波器１３からの光信号を検出し、これを光出力７の強度を算出する情報として制御回路部１５に提供している。

励起光源１７には、励起光源素子１７ａとこれを冷却するための熱電変換素子１７ｂが内蔵されており、励起光源素子１７ａを所定の設定温度（以下ではＴｏとする）に保つために温調回路１９から熱電変換素子１７ｂに温度制御電流が供給されている。

温調回路１９は、制御回路部１５からＴｏを入力し、励起光源素子１７ａの温度測定値がＴｏに等しくなるようなフィードバック制御機能により温度制御電流を決定し、熱電変換素子１７ｂに供給している。なお、励起光源素子１７ａの温度測定値は、特に図示しない励起光源１７の内部に搭載されているサーミスタなどで測定されたものである。

励起光源１７の内部では、駆動回路１８から供給される前記駆動電流によって励起光源素子１７ａが発光すると同時に熱が発生しており、これに加えて温調回路１９から供給される前記温度制御電流によって熱電変換素子１７ｂでも発熱している。前記温度制御電流が変化すると、それに伴って熱電変換素子１７ｂの発熱量も変化する。

温度測定回路２０は、例えばサーミスタ素子などで構成され、励起光源１７のケース温度（以下ではＴｃとする）を測定している。励起光源１７内部での前記２通りの発熱は、ケース温度Ｔｃを決定する内部要因となる。また、ケース温度Ｔｃを決定する外部要因としては、励起光源１７の周囲温度や周辺回路での発熱の影響等がある。

上記のような構成の実施形態において、光アンプ装置１の内部を冷却している３台のファン５のうちいずれかが故障すると、光アンプ装置１の内部温度が上昇し、励起光源１７の周囲温度も上昇する。その結果、励起光源１７の前記ケース温度Ｔｃが上昇するが、励起光源素子１７ａの温度を一定に制御していることから、周囲温度上昇によるＴｃ上昇分に、熱電変換素子１７ｂ自身の発熱によるＴｃ上昇分が加わる。

ここで熱電変換素子１７ｂ自身の発熱によるＴｃ上昇分とは、励起光源素子１７ａの温度を一定に制御するために、前記温度制御電流が増大し、これが熱電変換素子１７ｂにおける発熱量を増大させ、その結果前記ケース温度Ｔｃが上昇するその上昇分を意味している。ファン故障時の光アンプ装置が運用されていた周囲温度条件にもよるが、場合によっては前記ケース温度Ｔｃが励起光源１７の定格値を超える場合も想定される。

そこで本実施形態では、監視手段３でファン５の故障を監視し、ファン５のいずれかが故障したことを検出した場合には、前記ケース温度Ｔｃが前記励起光源１７の定格値を超えないよう、ケース温度Ｔｃの測定値に応じて前記設定温度Ｔｏを調整することで、前記温度制御電流の増大を抑制している。

より具体的には、ファン故障時のケース温度Ｔｃを読み取り、ケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を越えると予測される場合に、前記設定温度Ｔｏを調整する。

なお、予測の方法としては、事前に所定のファンの故障を模擬した実験を行い、各励起光源のケース温度Tcを測定し、その結果に基づくケース温度Ｔｃの値やその最終到達値、各励起光源の制御パラメータを、ファンの故障箇所および各励起光源の場所などに対応したテーブルとして制御回路部１５に記憶させておくことで対応可能である。

このようにすることで、ファンの停止箇所に応じた各励起光源のケース温度Ｔｃを正確に予測でき、適切な前記設定温度Ｔｏの調整を行うことができる。前記設定温度Ｔｏの調整方法としては、いくつかの方法が考えられる。

上記予測の方法のその他の一例として、当該光アンプ装置１の動作時にはケース温度の測定を行わず、故障したファンの場所のみから各励起光源のケース温度Tcを予測してもよい。この場合は予測精度が若干低下するが、ケース温度の事前の測定や前記テーブル内のケース温度等のデータ、温度測定回路２０などを省略することができ、より簡便な制御を実現できる。

また、その他の例として、上記いずれかの予測方法に当該光アンプ装置が設置されている環境温度の影響を加えてもよい。これによって、さらに高い予測精度が期待される。

前記設定温度Ｔｏを調整する第一の方法を用いた監視手段３の処理の流れの一実施例を図３に示す。図３において、ステップＳ１でファン５のいずれかが故障したことを検知すると、ステップＳ２でそのときのケース温度Ｔｃを読み取ってその後の変化を予測する。

ステップＳ３において、ステップＳ２で予測したケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を超えるか否かを判定し、超えると予測される場合には、ステップＳ４で監視手段３に事前に記憶させた設定温度Ｔｏの代替値を選択する。前記代替値には、前記設定温度Ｔｏよりも高い値が設定されている。なお、励起光源１７の定格値を超えないと予測される場合は特に設定変更は実施しない。

なお、本実施形態では、ファン故障時のケース温度Ｔｃを読み取り、ケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を超えると予測される場合に設定温度Ｔｏの代替値を選択するものとしたが、図４に示す通り、定格値を超えるかどうかによらず、ファンの故障によって設定温度T0の代替値を選択してもよい。

また、本実施形態では、ケース温度Tcが励起光源１７の定格値を超えると予測される場合に前記設定温度Ｔｏの代替値を設定するものとしたが、実際には励起光源の動作状態によるケース温度Ｔｃのばらつきなどを考慮して定格値の上下に一定の幅を持たせ、そのばらつきの範囲内に入った場合に前記設定温度Ｔｏの代替値を設定してもよい。さらに、ケース温度Ｔｃの測定値や予測値が任意に設定された温度差分だけ上昇するごとに、段階的に前記代替値を設定することもできる。

これは以下の実施形態にも同様に適用しうる。この場合、若干励起光源の負担が大きくはなるが、より簡便な制御を行うことができる。

ステップＳ４で選択された前記代替値は各光アンプモジュール２の各励起光源制御・検出部１６の温調回路１９に出力され、ステップＳ５で各温調回路１９の設定温度Ｔｏが前記代替値に変更される。

前記設定温度Ｔｏを調整する別の方法を用いた監視手段３の処理の流れの一実施例を図５に示す。本実施例の方法では、ステップＳ１でファン５のいずれかが故障したことを検知すると、ステップＳ２において制御回路部１５で測定されたそのときの励起光源１７のケース温度Ｔｃを入力してその後の変化を予測する。

ステップＳ３において、ステップＳ２で予測したケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を超えるか否かを判定し、励起光源１７の定格値を超えると予測される場合には、ステップＳ７でファン５の故障台数に対応して事前に記憶させた設定温度Ｔｏの代替値の中から、前記故障台数に対応する代替値を選択する。なお、励起光源１７の定格値を超えないと予測される場合は特に設定変更は実施しない。

ステップＳ７で選択された前記代替値は各光アンプモジュール２の各励起光源制御・検出部１６の温調回路１９に出力され、ステップＳ３で各温調回路１９の設定温度Ｔｏが前記代替値に変更される。

なお、本実施形態でも、ファン故障時のケース温度Ｔｃを読み取り、ケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を超えると予測される場合に設定温度Ｔｏの代替値を選択するものとしたが、図６に示す通り、定格値を超えるかどうかによらず、ファンの故障によって設定温度Ｔｏの代替値を選択してもよい。

前記設定温度Ｔｏを調整するさらに別の方法を用いた監視手段３の処理の流れの一実施例を図７に示す。本実施例の方法は、前記ケース温度Ｔｃと前記設定温度Ｔｏとの温度差がファン５の故障前後でほぼ同程度になるよう、設定温度Ｔｏをケース温度Ｔｃの変化に追従させて変更するものである。

本実施例では、ステップＳ９でファン５のいずれかの故障が検出されたか否かを判定し、前記故障が検出されない場合にはステップＳ１０でそのときのケース温度Ｔｃを保存する（これをＴｃ１とする）。

一方、ステップＳ９でファン５のいずれかの故障が検出された場合には、ステップＳ２において制御回路部１５で測定されたそのときの励起光源１７のケース温度Ｔｃを入力してその後の変化を予測する。ステップＳ３において、ステップＳ２で予測したケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を超えるか否かを判定し、超えると予測された場合には、ステップＳ１１で前記設定温度Ｔｏの代替値Ｔｏ１を次式で算出する。

Ｔｏ１＝Ｔｏ＋Ａ・（Ｔｃ−Ｔｃ１）（式１）
すなわち、ケース温度の上昇分に対応した温度増分を前記所定の設定温度に加算、より詳しくはファン５の故障によりケース温度がＴｃ１からＴｃに上昇した値に所定の係数Ａを乗じた温度だけ設定温度Ｔｏも高くするものである。なお、この係数Ａも事前に取得したデータによりテーブルとして制御回路部１５に記憶されている。

ステップＳ１１で算出された代替値Ｔｏ１は、各光アンプモジュール２の各励起光源制御・検出部１６の温調回路１９に出力され、ステップＳ１２で各温調回路１９の設定温度Ｔｏが代替値Ｔｏ１に変更される。

なお、本実施形態では、ファン故障時のケース温度Ｔｃを読み取り、ケース温度Ｔｃの上昇値が励起光源１７の定格値を超えると予測される場合に設定温度Ｔｏの代替値を選択するものとしたが、図８に示す通り、定格値を超えるかどうかによらず、ファンの故障によって設定温度Ｔｏの代替値を選択してもよい。

なお、通常運用時は温調回路１９によって励起光源素子１７ａを所定の設定温度に維持しているが、これは励起光源に要求される信頼性、例えば通信機器では１０年以上の寿命を確保するために行っているものである。上記の各実施形態では、ファン５の故障が検知されてからファン交換が行われるまでの期間、励起光源素子１７ａの温度が所定の設定温度よりも高くなってしまう。

しかしながら、前記のファン交換が行われるまでの期間は前記信頼性に要求される寿命に比して非常に短期間であることから、この期間だけ励起光源１７の前記設定温度を高くしても寿命に与える影響はほとんどないと考えられる。

上記各実施形態では、ファン５のいずれが故障した場合でも、複数の光アンプモジュール２の全てに対して、全ての励起光源制御・検出部１６の全ての温調回路１９の設定温度Ｔｏを変更するものとしたが、前記故障したファン５の場所によって大きな影響を受ける光アンプモジュール２のみに対して上記の各処理を行わせるようにすることも可能である。

なお、前記設定温度T0の調整は、各励起光源ごとに行ってもよいし、各光アンプモジュールごとに一括で行ってもよく、サブラック型光アンプ装置全体を一括で制御してもよい。また、ファン故障の監視はその個数だけに対して行ってもよいし、ファンの場所を考慮して個別に監視してもよい。これらの制御単位は、装置内の温度分布や制御系の仕様などを総合的に考慮して決定される。

図１は、本発明の光アンプ装置の全体構成を説明する図である。図２は、光アンプモジュール２の構成を説明する構成図である。図３は、設定温度Ｔｏを調整する第一の方法として、ケース温度が定格値を超える場合に、記憶された温度を用いる監視手段３の処理の流れを説明する図である。図３は、設定温度Ｔｏを調整する別の方法として、ケース温度が定格値を超えるか否かにかかわらず、記憶された温度を用いる監視手段３の処理の流れを説明する図である。図５は、設定温度Ｔｏを調整するさらに別の方法として、ケース温度が定格値を超える場合に、ファン故障台数に対応した温度を用いる監視手段３の処理の流れを説明する図である。図４は、設定温度Ｔｏを調整するさらに別の方法として、ケース温度が定格値を超えるか否かにかかわらず、ファン故障台数に対応した温度を用いる監視手段３の処理の流れを説明する図である。図７は、設定温度Ｔｏを調整するさらに別の方法として、ケース温度が定格値を超える場合に、ケース温度と設定温度との温度差に対応して求めた温度を用いる監視手段３の処理の流れを説明する図である。図８は、設定温度Ｔｏを調整するさらに別の方法として、ケース温度が定格値を超えるか否かにかかわらず、ケース温度と設定温度との温度差に対応して求めた温度を用いる監視手段３の処理の流れを説明する図である。

符号の説明

１・・・光アンプ装置
２・・・光アンプモジュール
３・・・監視手段
４・・・電源部
５・・・ファン
６・・・光入力
７・・・光出力
１１・・・光ファイバー１１
１２・・・パワーコンバイナー
１３・・・光分波器
１４・・・光出力検出回路部
１５・・・制御回路部
１６・・・励起光源制御・検出部
１７・・・励起光源
１７ａ・・・励起光源素子
１７ｂ・・・熱電変換素子
１８・・・駆動回路
１９・・・温調回路
２０・・・温度測定回路

Claims

励起光源素子と、前記励起光源素子を冷却するための熱電変換素子と、前記励起光源素子の温度が所定の設定温度に一致するよう前記熱電変換素子の温度制御電流を制御する制御部とを備えた励起光源部を複数組み合わせて光アンプモジュールを構成し、
前記光アンプモジュールをサブラックに複数搭載し、さらに前記光アンプモジュールを冷却する複数の強制冷却部と、前記複数の強制冷却部の運転状態を監視する監視手段とを備えたサブラック型光アンプ装置であって、
前記監視手段は、
前記複数の強制冷却部のいずれかの故障を検知すると前記励起光源素子に対する別の設定温度を所定の方法で決定して前記制御部に出力し、
前記制御部は、
前記監視手段から前記別の設定温度を入力すると、入力した前記別の設定温度に基づいて前記温度を制御電流制御する
ことを特徴とする光アンプ装置。
前記所定の方法は、
前記監視手段に予め記憶させた所定の代替温度を前記別の設定温度とする
ことを特徴とする請求項1に記載の光アンプ装置。
前記所定の方法は、
前記強制冷却器の故障台数に対応する代替温度を前記監視手段に予め記憶させ、
前記強制冷却器の故障台数をもとに、対応する前記代替温度を選択して前記別の設定温度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の光アンプ装置。
前記所定の方法は、
前記強制冷却器の故障による前記励起光源部のケース温度の上昇分を算出し、
前記ケース温度の上昇分に所定の割合で対応させた温度差分を前記所定の設定温度に加算したものを前記別の設定温度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の光アンプ装置。
前記監視手段は、
前記強制冷却器のいずれかの故障を検知すると前記制御部に所定の指令信号を出力し、
前記制御部は、
前記所定の指令信号を入力すると前記温度制御電流を一定とする制御に切換える
ことを特徴とする請求項１に記載の光アンプ装置。
前記監視手段は、
前記強制冷却部の故障を検出すると
前記故障した強制冷却部の影響を受ける前記光アンプモジュールを選択し、
前記選択された光アンプモジュール内の前記制御部に対して前記別の設定温度または前記指令信号を出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光アンプ装置。
前記制御部は、
前記別の設定温度または前記所定の指令信号を入力すると、
前記例光源部の前記ケース温度を測定し、
前記ケース温度が所定の定格値を超えると予測される場合に前記別の設定温度に基づく制御または前記温度制御電流の一定制御を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光アンプ装置。