JP2007088111A

JP2007088111A - 光増幅器

Info

Publication number: JP2007088111A
Application number: JP2005273142A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Tsubaki; 一成椿
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: US7499212B2; US20070064306A1; JP4714535B2

Abstract

【課題】本発明は、波長増減設に対する高速応答と、少数波長で低速信号運用時の安定増幅動作を両立させる光増幅器を提供することを目的とする。
【解決手段】入力される波長分割多重光をモニタする入力モニタ手段３２と、前記入力される波長分割多重光を増幅して出力する増幅手段４５と、前記増幅手段から出力される波長分割多重光をモニタする出力モニタ手段４２と、前記入力モニタ手段でモニタされた入力光強度と前記出力モニタ手段でモニタされた出力光強度の比が一定になるよう利得制御を行う利得制御手段３５と、前記利得制御の応答速度を切り替える応答速度切り替え手段４７，４８を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光増幅器に関し、特に光波長多重伝送システムにおいて光ファイバで生じる波長分散を自動的に補償する光増幅器に関する。

ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：波長分割多重）伝送システムに使用される光増幅器は複数の信号を一括して増幅することが要求される。また、各信号光を個別に増減設できるＡＤＭ（ＡｄｄＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｘｅｒ）装置が実用化されており、ＡＤＭ装置において信号波長数が変化すると、光ファイバを伝送される信号光パワーが変化する。

信号波長数が変化した場合でも、増幅利得を一定に制御することで、各信号波長の出力パワーが一定になることが期待でき、この制御方式をＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）という。ＡＤＭ装置における波長数の増減設速度の高速化に従って光増幅器のＡＧＣ制御の応答速度を高速化することが要求されている。

図１は、従来の光増幅器の一例のブロック図を示す。同図中、光ファイバ１０から入力される入力光は光分岐部１１で一部が分岐され、入力モニタ部１２のフォトダイオード１３に供給される。フォトダイオード１３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路１４で増幅されて利得制御部１５内の利得制御回路１６に供給される。

同様に、光ファイバ２０から出力される出力光は光分岐部２１で一部が分岐され、出力モニタ部２２のフォトダイオード２３に供給される。フォトダイオード２３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路２４で増幅されて利得制御部１５内の利得制御回路１６に供給される。

利得制御回路１６は、入力光強度検出信号と出力光強度検出信号との比が一定になるように制御信号を生成してレーザダイオード１７に供給する。レーザダイオード１７は上記制御信号に応じた強度の励起光を出力し、この励起光は光合成部１８から増幅部２５を構成する（ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ：エルビウム添加光ファイバ増幅器）２６に供給され、増幅部２５において入力光が増幅される。

特許文献１には、入力光電力から入力チャネル数を監視し、出力光電力を一定とするよう励起光源を制御し、入力チャネル数の変化に対応して出力光電力一定制御の設定値を切り替えて各チャネル毎の出力光電力を一定とすることが記載されている。
特開平９−２４４０８０号公報

高速の波長増減に対応する場合には、光モニタまたはＡＧＣ制御を高速動作させ、波長数が変化しても利得変動を最低限に抑える必要がある。一般的に波長増減設の速度は数μｓｅｃから数百μｓｅｃであるため、これに応じてＡＧＣ制御の応答速度も数μｓｅｃから数百μｓｅｃとする必要がる。さらに将来は光スイッチの速度が高速化されることが予想され、波長増減設速度および応答速度が１μｓｅｃ以下となることも考えられる。

一方、少数波長運用でかつ低速信号を伝送する際には、モニタされる光平均パワーが信号パターン効果によって変動する場合がある。ＳＯＮＥＴ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ），ＳＤＨ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ）において、スクランブルがかけられた結果として７２ｂｉｔの同符号連続が起こり、例えばＩＴＵ−ＴＧ．９５７においては、同符号耐力に対する試験パターンとして７２ｂｉｔ同符号が推奨されている。例えば１５５Ｍｂｐｓの信号に７２ｂｉｔの連続する同符号パターンが使用されると、その同符号の長さ（時間）は０．４６μｓｅｃ程度となり、ＡＧＣ制御の応答速度が数μｓｅｃの場合には十分に応答してしまう長さとなる。

さらに光増幅器の入力では１００％が信号成分であっても、光増幅器の出力ではＡＳＥ（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ）成分が含まれるため、信号パターンによる変動成分が入力部と出力部で一致するとは限らない。例えばマーク率５０％の信号中に７２ｂｉｔの１連続が現れたときは、入力信号モニタ結果は図２に実線で示すようになり、このときに期待される出力信号モニタ結果を図３に実線で示す。図３ではＡＳＥ成分に信号成分が重畳されている。

しかし、利得制御が入出力のモニタ結果の利得を一定にするために、マーク率５０％の信号におけるモニタ回路１４の出力ｘ１とモニタ回路２４の出力ｙ１の比が（ｙ１／ｘ１）に対し、マーク率１００％の信号におけるモニタ回路１４の出力ｘ２とモニタ回路２４の出力ｙ２の比は（ｙ２／ｘ２）であり、（ｙ１／ｘ１）＞（ｙ２／ｘ２）となる。

利得制御部１５は、モニタ回路１４の出力とモニタ回路２４の出力の比が（ｙ１／ｘ１）で一定となるようＡＧＣ制御を行うため、実際に得られる出力モニタ結果は図４に実線で示すようになる。図４においてマーク率１００％の信号におけるモニタ回路１４の出力ｘ２とモニタ回路２４の出力ｚ２の比は（ｚ２／ｘ２）であり、（ｚ２／ｘ２）＝ｙ１／ｘ１）である。この結果として、マーク率１００％の信号部分でのＡＳＥ成分が大きくなり、信号利得が変動してしまうという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、波長増減設に対する高速応答と、少数波長で低速信号運用時の安定増幅動作を両立させる光増幅器を提供することを目的とする。

本発明は、入力される波長分割多重光をモニタする入力モニタ手段と、
前記入力される波長分割多重光を増幅して出力する増幅手段と、
前記増幅手段から出力される波長分割多重光をモニタする出力モニタ手段と、
前記入力モニタ手段でモニタされた入力光強度と前記出力モニタ手段でモニタされた出力光強度の比が一定になるよう利得制御を行う利得制御手段と、
前記利得制御の応答速度を切り替える応答速度切り替え手段を有することにより、
波長増減設に対する高速応答と、少数波長で低速信号運用時の安定増幅動作を両立させることができる。

前記光増幅器において、前記応答速度切り替え手段は、外部から供給される前記入力される波長分割多重光の波長数と各波長の信号速度情報に基づいて前記応答速度を切り替えることができる。

また、前記光増幅器において、前記応答速度切り替え手段は、前記入力される波長分割多重光の波長数と各波長の信号速度情報に基づいた応答速度切り替え信号を外部から供給されることができる。

また、前記光増幅器において、前記応答速度切り替え手段は、前記入力モニタ手段及び前記出力モニタ手段の応答速度を切り替えることで前記利得制御の応答速度を切り替えることを特徴とする光増幅器。

また、前記光増幅器において、前記応答速度切り替え手段は、前記利得制御手段の応答速度を切り替えることで前記利得制御の応答速度を切り替えることを特徴とする光増幅器。

本発明によれば、波長増減設に対する高速応答と、少数波長で低速信号運用時の安定増幅動作を両立させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

ＷＤＭシステムで使用する光増幅器には上位の監視システムから監視情報が与えられる。その監視情報に波長数および各波長信号の速度情報（ビットレート）を付加し、光増幅器では応答速度切り替えの条件をあらかじめ設定しておく。

＜第１実施形態＞
図５は、本発明の光増幅器の第１実施形態のブロック図を示す。同図中、光ファイバ３０から入力される入力光は光分岐部３１で一部が分岐され、入力モニタ部３２のフォトダイオード３３に供給される。フォトダイオード３３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路３４で増幅されて利得制御部３５内の利得制御回路３６に供給される。

同様に、光ファイバ４０から出力される出力光は光分岐部４１で一部が分岐され、出力モニタ部４２のフォトダイオード４３に供給される。フォトダイオード４３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路４４で増幅されて利得制御部３５内の利得制御回路３６に供給される。

利得制御回路３６は、入力光強度検出信号を所定ゲイン（Ｋ）で増幅した信号と出力光強度検出信号との差から制御信号を生成することで、入力光強度検出信号と出力光強度検出信号との比（Ｋ）が一定に制御する制御信号をレーザダイオード３７に供給する。レーザダイオード３７は上記制御信号に応じた強度の励起光を出力し、この励起光は光合成部３８から増幅部４５を構成するＥＤＦＡ４６に供給され、増幅部４５において入力光が増幅される。

監視信号入力部４７は、監視システムから供給される監視信号により入力光の波長数および各波長信号の速度情報を通知され、上記波長数および各波長信号の速度情報を利得制御応答速度判断部４８に供給する。

利得制御応答速度判断部４８は、波長数が２以上、かつ、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓ以下の場合、入力モニタ部３２および出力モニタ部４２に応答速度切り替え信号を値１として供給する。一方、波長数が２未満、もしくは、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓを超える場合、応答速度切り替え信号は値０とする。

入力モニタ部３２および出力モニタ部４２それぞれのモニタ回路３４，４４は、通常、応答速度を数μｓｅｃ以下として高速動作を行い、上記値１の応答速度切り替え信号を供給されると応答速度を数十μｓｅｃ以上に切り替えて低速動作を行う。利得制御部３５は応答速度が数μｓｅｃ以下の高速動作を行うが、モニタ回路３４，４４の応答速度の切替により、ＡＧＣ制御の応答速度は波長数が２以上、かつ、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓ以下のとき、数十μｓｅｃ以上となる。

なお、モニタ回路３４，４４における応答速度の切り替えは、高速動作用のモニタ回路と低速動作用のモニタ回路を設けて切り替えても良く、高速動作用のモニタ回路の出力を、直接出力するか、低域フィルタを通して出力するかを切り替えても良い。

このため、例えばマーク率５０％の信号中に７２ｂｉｔの１連続が現れたときのモニタ回路３４の出力する光強度検出信号は図２に破線で示すようにフラットになり、モニタ回路４４の出力する光強度検出信号も図３に破線で示すようにフラットになる。従って、光ファイバ４０から出力される信号は図３に示すようになり、図４に示すように７２ｂｉｔの１連続の部分でＡＳＥ成分が大きくなることを防止して、信号利得が変動することを防止できる。

ところで、監視信号入力部４７は従来構成においても監視信号の中継のために付加されている場合が多い。また、監視信号は光増幅器の増幅帯域外の信号波長を使用する場合が多いが、本実施形態では監視信号の形態を制限せず、増幅帯域の信号波長を使用しても良く、電気／無線信号を使用しても構わない。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の光増幅器の第２実施形態のブロック図を示す。同図中、光ファイバ３０から入力される入力光は光分岐部３１で一部が分岐され、入力モニタ部３２のフォトダイオード３３に供給される。フォトダイオード３３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路１３４で増幅されて利得制御部３５内の利得制御回路１３６に供給される。

同様に、光ファイバ４０から出力される出力光は光分岐部４１で一部が分岐され、出力モニタ部４２のフォトダイオード４３に供給される。フォトダイオード４３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路１４４で増幅されて利得制御部３５内の利得制御回路１３６に供給される。

利得制御回路１３６は、入力光強度検出信号を所定ゲイン（Ｋ）で増幅した信号と出力光強度検出信号との差から制御信号を生成することで、入力光強度検出信号と出力光強度検出信号との比（Ｋ）が一定に制御する制御信号をレーザダイオード３７に供給する。レーザダイオード３７は上記制御信号に応じた強度の励起光を出力し、この励起光は光合成部３８から増幅部４５を構成するＥＤＦＡ４６に供給され、増幅部４５において入力光が増幅される。

利得制御応答速度判断部４８は、波長数が２以上、かつ、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓ以下の場合、利得制御部３５の利得制御回路１３６に応答速度切り替え信号を値１として供給する。一方、波長数が２未満、もしくは、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓを超える場合、応答速度切り替え信号は値０とする。

利得制御回路１３６は、通常、応答速度を数μｓｅｃ以下として高速動作を行い、上記値１の応答速度切り替え信号を供給されると応答速度を数十μｓｅｃ以上に切り替えて低速動作を行う。

なお、利得制御回路１３６における応答速度の切り替えは、高速動作用の利得制御回路と低速動作用の利得制御回路を設けて切り替えても良く、高速動作用の利得制御回路の出力を直接出力するか、低域フィルタを通して出力するかを切り替えても良い。

＜第３実施形態＞
ここで、図７に示すＷＤＭ光伝送システムにおいては、端局５１と端局５２の間の光伝送路内に中継器として光増幅器５３_１〜５３ｎが接続されている。このようなＷＤＭ光伝送システムでは、端局５１と端局５２の間の光伝送路における波長数および各波長信号の速度情報は変化しない。

このため、端局５１内に利得制御応答速度判断部１４８を設け、波長数が２以上、かつ、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓ以下であるか否かを判別して応答速度切り替え信号を生成し、この応答速度切り替え信号を監視信号に含めて光増幅器５３_１〜５３ｎおよび端局５２に供給する。この応答速度切り替え信号は波長数が２以上、かつ、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓ以下の場合は値１であり、波長数が２未満、もしくは、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓを超える場合は値０である。

図８は、図７に示すＷＤＭ光伝送システムで使用される本発明の光増幅器の第３実施形態のブロック図を示す。同図中、光ファイバ３０から入力される入力光は光分岐部３１で一部が分岐され、入力モニタ部３２のフォトダイオード３３に供給される。フォトダイオード３３で光電変換された光強度検出信号はモニタ回路３４で増幅されて利得制御部３５内の利得制御回路３６に供給される。

監視信号入力部１４７は、端局５１から供給される監視信号から応答速度切り替え信号を取り出して入力モニタ部３２および出力モニタ部４２に供給する。

入力モニタ部３２および出力モニタ部４２それぞれは、通常、応答速度を数μｓｅｃ以下として高速動作を行い、上記値１の応答速度切り替え信号を供給されると応答速度を数十μｓｅｃ以上に切り替えて低速動作を行う。利得制御部３５は応答速度が数μｓｅｃ以下の高速動作を行うが、入力モニタ部３２および出力モニタ部４２の応答速度の切替により、ＡＧＣ制御の応答速度は波長数が２以上、かつ、全波長の信号速度の最大値が１５５Ｍｂｐｓ以下のとき、数十μｓｅｃ以上となる。

この実施形態では、利得制御応答速度判断部１４８は端局５１内に１回路あれば良く、複数の光増幅器５３_１〜５３ｎから利得制御応答速度判断部を削除することができる。なお。この、上記実施形態では端局５１に利得制御応答速度判断部１４８を設けているが、その設置場所は端局５２であっても良く、上記実施形態に制限されるものではない。

このようにして、高速な波長数増減と少数波長かつ低速信号との両者に対し対応が可能なＷＤＭ光伝送システムを提供することが可能となる。

なお、入力モニタ部３２が請求項記載の入力モニタ手段に相当し、増幅部４５が増幅手段に相当し、出力モニタ部４２が出力モニタ手段に相当し、利得制御手段が利得制御手段に相当し、監視信号入力部４７，１４７、利得制御応答速度判断部４８，１４８が応答速度切り替え手段に相当する。

従来の光増幅器の一例のブロック図である。入力信号モニタ結果を示す図である。本発明の出力信号モニタ結果を示す図である。従来の出力信号モニタ結果を示す図である。本発明の光増幅器の第１実施形態のブロック図である。本発明の光増幅器の第２実施形態のブロック図である。ＷＤＭ光伝送システムの構成図である。本発明の光増幅器の第３実施形態のブロック図である。

符号の説明

３０光ファイバ
３１，４１光分岐部
３２入力モニタ部
３３，４３フォトダイオード
３４，４４，１３４，１４４モニタ回路
３５利得制御部
３６，１３６利得制御回路
３７レーザダイオード
３８光合成部
４２出力モニタ部
４５増幅部
４６ＥＤＦＡ
４７，１４７監視信号入力部
４８，１４８利得制御応答速度判断部

Claims

入力される波長分割多重光をモニタする入力モニタ手段と、
前記入力される波長分割多重光を増幅して出力する増幅手段と、
前記増幅手段から出力される波長分割多重光をモニタする出力モニタ手段と、
前記入力モニタ手段でモニタされた入力光強度と前記出力モニタ手段でモニタされた出力光強度の比が一定になるよう利得制御を行う利得制御手段と、
前記利得制御の応答速度を切り替える応答速度切り替え手段を
有することを特徴とする光増幅器。
請求項１記載の光増幅器において、
前記応答速度切り替え手段は、外部から供給される前記入力される波長分割多重光の波長数と各波長の信号速度情報に基づいて前記応答速度を切り替えることを特徴とする光増幅器。
請求項１記載の光増幅器において、
前記応答速度切り替え手段は、前記入力される波長分割多重光の波長数と各波長の信号速度情報に基づいた応答速度切り替え信号を外部から供給されることを特徴とする光増幅器。
請求項２または３記載の光増幅器において、
前記応答速度切り替え手段は、前記入力モニタ手段及び前記出力モニタ手段の応答速度を切り替えることで前記利得制御の応答速度を切り替えることを特徴とする光増幅器。
請求項２または３記載の光増幅器において、
前記応答速度切り替え手段は、前記利得制御手段の応答速度を切り替えることで前記利得制御の応答速度を切り替えることを特徴とする光増幅器。