JP2007180409A - 光増幅方法および光増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動利得制御による光増幅方法であって、光増幅器への光入力パワーが増加した場合と減少した場合の光出力パワーの変動を抑制すること。
【解決手段】光増幅器３の光入出力パワーを検出し、検出された光入出力パワーに基づき光増幅器３の利得と目標利得との利得偏差を求め、該利得偏差と制御係数を用いて比例演算および積分演算を行い、光増幅器３を励起する励起用光素子４の駆動電流を制御する制御値を算出し、算出された駆動電流の制御値に基づく励起用光素子４の電気制御によって、光増幅器３の利得を制御し、算出された利得偏差に基づいて前記制御係数を補正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光増幅方法および光増幅装置に関し、より詳しくは、自動利得制御による光増幅方法及び自動利得制御回路を使用する光増幅装置に関する。

波長の異なる複数の光信号を波長多重して１心の光伝送路に同時に伝送させる波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）システムにおいては、図１３に示した光増幅装置を光伝送路中に取り付けて光信号のパワーを調整した後に、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）や分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）からなる光伝送路に光信号を送信するような構成が採用されている。

その光増幅装置は、光伝送路の途中に光増幅器として接続されるエレビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：Erbium Doped Fiber）１０１と、光カプラ１０２を介してＥＤＦ１０１を励起する励起レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）１０３と、ＥＤＦ１０１の入力側に取り付けられた光カプラ１０４に入力した光信号を電気信号に変換する第１のフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）１０５と、ＥＤＦ１０１の出力側に取り付けられた光カプラ１０６に入力した光信号を電気信号に変換する第２のフォトダイオード（ＰＤ）１０７と、第１、第２のフォトダイオード１０５，１０７の各々の出力信号を別々に検出する第１、第２のモニタ回路１０８，１０９と、第１及び第２のモニタ回路１０８，１０９の各出力に基づいて励起ＬＤ１０３の出力を制御するＬＤ制御回路１１０とを有している。

第１のモニタ回路１０８は、第１のフォトダイオード１０５から出力された電気信号に基づいて第１のフォトダイオード１０５の光入力パワーに応じた電圧値を出力し、第２のモニタ回路１０９も同様に、第２のフォトダイオード１０７の光入力パワーに応じた電圧値を出力する。
また、ＬＤ制御回路１１０は、第１、第２のモニタ回路１０８，１０９から出力される電圧値に基づいて励起ＬＤ１０３を制御し、これによりＥＤＦ１０１の利得一定制御（ＡＧＣ（automatic gain control））を行ってＥＤＦ１０１の利得を所望の値となるように制御している。

そのようなＡＧＣ制御を行う光増幅装置では、波長多重した光信号の波長数の変化などに伴い、利得（gain）を一定に保つように励起ＬＤパワーを変化させている。
しかし、光入力パワーの変動時における光増幅器の過渡特性が不十分の場合には、図１４（ａ）に示すような光増幅器への光入力パワーの変化に対して、図１４（ｂ）に示すように、増幅器からの光出力パワーの変化がΔｔだけ遅延してしまう。この結果、光入力パワーの変動時に、図１４（ｃ）に示すように、１波当たりの光出力パワーが大きく変動してしまい、光信号の伝送品質を劣化させることがある。

そのような伝送品質の劣化を制御するための手法として、図１５に示す回路が下記の特許文献１に記載されている。
図１５において、光増幅器１１１はＥＤＦと光カプラからなり、光増幅器１１１の光信号入力部には光カプラ１０４を介して第１のフォトダイオード１０５が接続され、また、光増幅器１１１の光信号出力部には光カプラ１０６を介して第２のフォトダイオード１０７が接続されている。また、第１、第２のフォトダイオード１０５，１０７の電気信号出力端は、それぞれ第１、第２の対数変換回路１１２，１１３に接続されている。さらに、光増幅器１１１には、励起エネルギーを照射するための励起ＬＤ１０３が光接続されている。

励起ＬＤの出力を制御するＡＧＣ制御回路１２０は、第１、第２の対数変換回路１１２，１１３の出力に基づいて求めるモニタ利得と目標利得Ｇ0 との偏差ΔＧを算出する差動回路１２１と、偏差ΔＧに比例倍率ｋを掛けて演算する比例回路１２２と、偏差ΔＧを所定の式で積分する積分回路１２３と、積分回路１２３と比例回路１２２の演算結果を加算する加算回路１２４と、加算回路１２４に基づいて励起ＬＤ１０３の駆動電流を制御するＬＤ電流制御回路１２５と、第１の対数変換回路１１２の出力値に基づいて比例回路１２２の比例倍率ｋを調整する比例倍率調整回路１２６とを有している。
このＡＧＣ制御回路１２０は、光増幅器１１１の利得を制御することで、１波当たりの光出力パワーの変動を小さく抑えて、伝送品質への影響を軽減するものである。

この方法では、光増幅器１１１の光入出力パワーをＰＤ１０５，１０７や対数変換回路１１２，１１３によりモニタし、さらに比例倍数調整回路１２６が光増幅器１１１の光入出力パワーに応じて比例回路１２２及び積分回路１２３の制御定数を調整するので、運用中の光増幅器１１１への光入力パワー変化にも対応した制御定数の調整が可能となり、これにより応答速度を速くしてＡＧＣ制御回路１２０の過渡特性を良くして、安定した光信号伝送を行うことができるという効果を奏する。

また、光増幅器１１１内のＥＤＦの利得の応答時間はＥＤＦの光入出力パワーに依存しており、このためＡＧＣ制御回路１２０の最適な制御定数は光入出力パワーによって異なる。図１６は、比例回路１２２と光増幅器１１１の光入力パワーとの関係を示しており、光入力パワーが増加又は減少すると、比例倍率調整回路１２６が比例係数ｋを増加又は減少させて過渡特性が不十分な領域に入らず且つ発振領域に入らないように制御している。
特開２００４−２６６２５１号公報

しかし、図１５に示すような光増幅装置によれば、図１７（ａ）に示すように光増幅器１１１への光入力パワーが増加した直後の１波当たりの光出力パワーの変動抑制効果に比べて、図１７（ｂ）に示すように光増幅器１１１への光入力パワーが減少した場合の１波当たりの光出力パワーの変動抑制効果が不十分であり、さらなる改善を図ることが好ましい。なお、図１７（ａ）の入力光は、信号が１波から３２波に増加した場合の光パワーの変化を示し、図１７（ｂ）の入力光は、信号が３２波から１波に減少した場合の光パワーの変化を示している。

本発明は、光増幅器への光入力パワーが増加した場合と減少した場合の光出力パワーの変動抑制にも優れた効果を有する光増幅方法および光増幅装置を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明の第１の態様は、少なくとも１つの光増幅器が光伝送路に接続され、該光伝送路を介して入力する光信号を該光増幅器で増幅するとともに、該光伝送路上の光信号の光パワーを検出し、検出した該光パワーに応じて、前記光増幅器の利得を制御する光増幅方法において、前記光増幅器の光入出力パワーを検出する光検出工程と、検出された前記光入出力パワーに基づき前記光増幅器の利得と目標利得との利得偏差を求める偏差算出工程と、前記利得偏差と制御係数を用いて比例演算および積分演算を行い、前記光増幅器を励起する励起用光素子の駆動電流を制御する制御値を算出する比例積分係数算出工程と、算出された前記駆動電流の前記制御値に基づく前記励起用光素子の電気制御によって、前記光増幅器の利得を制御する制御工程と、算出された前記利得偏差に基づいて前記制御係数を補正する比例積分係数調整工程と、を含むことを特徴とする光増幅方法である。
である。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様の光増幅方法において、前記利得制御手段の前記制御係数は、前記利得偏差の絶対値と符号の少なくとも一方に基づいて変更されることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様の光増幅方法において、前記利得制御手段の前記制御係数は、前記利得偏差が負のときに変更されることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、前記第１乃至第３の態様のいずれか１つの光増幅方法において、前記利得制御手段の前記制御係数は、前記光入出力パワーが増加の場合に高くされ、前記光入出力が減少の場合に低くされることを特徴とする。
本発明の第５の態様は、前記第１乃至第４の態様のいずれか１つの光増幅方法において、前記比例積分係数算出工程において、前記利得偏差の絶対値が０．０３ｄＢより大きいときに前記制御係数の前記変更前の値より前記制御係数を２倍に変更し、かつ前記利得偏差の絶対値が０．３ｄＢより大きいときに前記変更前の値より前記制御係数を４倍に変更することを特徴とする。

本発明の第６の態様は、光伝送路を介して入力する光信号を増幅する少なくとも１つの光増幅器と、前記光伝送路上の光信号の光パワーを検出する光パワー検出手段と、検出された前記光パワーに応じて前記光増幅器の利得を制御する利得制御手段とを有する光増幅装置において、前記光増幅器の利得を検出して目標利得との利得偏差を求める偏差算出手段と、前記利得偏差と制御係数に基づいて比例演算および積分演算を行って、前記光増幅器を励起する励起用光素子の駆動電流の制御値を算出し、かつ該制御値に基づく前記励起用光素子の電流制御によって前記光増幅器の利得を制御する利得制御手段と、前記比例演算及び前記積分演算に要求される前記制御係数を前記利得偏差に基づいて変更する係数調整回路と、を備えたことを特徴とする光増幅装置である。

本発明の第７の態様は、前記第６の態様の光増幅装置において、前記係数調整回路は、前記利得偏差の絶対値と符号の少なくとも一方に基づいて前記制御係数を変更することを特徴とする。
本発明の第８の態様は、前記第６又は第７の態様の光増幅装置において、前記係数調整回路は、前記利得偏差が負のときに前記制御係数を変更することを特徴とする。

本発明によれば、光増幅器を励起する励起用光素子の駆動電流の制御のために利得偏差に基づいて比例演算及び積分演算を行う場合に、利得偏差の絶対値、符号の少なくとも一方を使用して変更される係数を用いて演算するようにした。利得偏差は光増幅器の光入力パワーと光出力パワーの双方に基づいて求められるので、本発明により光増幅器内の光パワーの変化を考慮して比例演算、積分演算を行うことになり、光増幅器の残存光の利得の変動を抑制することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施形態に係る光増幅装置を示す構成図である。
図１において、ＯＡＤＭ（Optical Add-Drop Multiplexer）などの波長合分波手段により所定波長の光信号が変化して伝送される光伝送路に接続されるエレビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）１とこのＥＤＦ１に接続される第１の光カプラ２とを含む光増幅器３と、第１の光カプラ２を介してＥＤＦ１に光励起エネルギーを照射する励起レーザダイオード（ＬＤ）４と、ＥＤＦ１に入力する光信号を第２の光カプラ５を介して受光して光電変換する第１のフォトダイオード（ＰＤ）６と、光増幅器３から出力する光信号を第３の光カプラ７を介して受光して光電変換する第２のフォトダイオード（ＰＤ）８と、第１、第２のフォトダイオード６，８の電気信号出力端子のそれぞれに接続される第１、第２の対数変換回路９，１０と、第１、第２の対数変換回路９，１０のそれぞれの出力信号を入力するＡＧＣ制御回路１１とを有している。

第１の対数変換回路９は、第１のフォトダイオード６から出力される電気信号を所定の式で対数変換することにより光増幅器３の光入力信号を入力側電圧信号Ｖinとして出力する構成となっている。また、第２の対数変換回路１０は、第２のフォトダイオード８から出力される電気出力信号を所定の式で対数変換することにより光増幅器３の光出力信号を出力側電圧信号Ｖoutとして出力する構成となっている。

ＡＧＣ制御回路１１は、目標利得Ｇ₀ を設定する目標利得設定回路１２と、第１、第２の対数変換回路９，１０からそれぞれ出力される電圧信号Ｖin,Ｖout の差と目標利得Ｇ₀とに基づいて利得偏差ΔＧを出力する差動回路１３と、差動回路１３から出力される利得偏差ΔＧを入力してこれに可変の比例係数ｋを掛けた値を算出する比例回路１４と、差動回路１３から出力される利得偏差ΔＧを積分係数γを用いた所定の式で積分して出力する積分回路１５と、第１及び第２の対数変換回路９，１０からの出力信号と差動回路１３の利得偏差ΔＧの少なくとも１つに基づいて比例回路１４及び積分回路１５の比例積分（ＰＩ）係数を調整するＰＩ係数調整回路１６と、比例回路１４及び積分回路１５の出力信号を加算して出力する加算回路１７と、励起ＬＤ４を駆動する電流を加算回路１７の出力信号に基づいて制御するＬＤ電流制御回路１８とを有している。なお、比例回路１４、積分回路１５及び加算回路１７による制御を以下にＰＩ制御という。

ＡＧＣ制御回路１１における差動回路１３は、次の式（１）に基づいて利得偏差ΔＧを演算する。
ΔＧ＝Ｇ₀ −（Ｖout−Ｖin） （１）

また、比例回路１４は次式（２）による演算によりＴ1 を算出して出力し、積分回路１５は式（３）による演算により値Ｔ2 を算出して出力し、また、加算回路１７は式（３）による演算により値Ｔ3 を算出して出力する。
Ｔ1 ＝ｋ・ΔＧ （２）
Ｔ2 ＝γ∫ΔＧdt （３）
Ｔ3 ＝k・ΔＧ＋γ∫ΔＧdt （４）
なお、γは積分係数、ｋは比例係数であり、γ、ｋは共にＰＩ係数調整回路１６の出力に基づいて変更される。

比例回路１４は、例えば図２に示すように、コンパレータ１４ａと固定抵抗１４ｂと可変抵抗１４ｃから構成され、可変抵抗１４ｃには例えばＣＰＵによるデジタル的な調整が可能なデジタル調整ポテンショメータ（Digital Controlled Potentiometer ：ＤＣＰ）を用いることにより、本実施形態に係る光増幅装置の運用中でもＰＩ係数調整回路１６の自動調整機能を用いて可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 の変更をステップ状に行うことを可能にしている。
比例回路１４の比例係数ｋは、回路内の固定抵抗１４ｂの抵抗値Ｒ1 と可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ1 の比ｋ＝Ｒ2 ／Ｒ1 によって決まる。

そして、比例回路１４の比例係数kを調整するＰＩ係数調整回路１６は、例えば比例係数ｋを次の式（５）の目標値ｋ₀になるように調整する。
ｋ₀ ＝Ａ・Ｖin＋Ｂ （５）

ここで、Ｖinは第１の対数変換回路９からの出力電圧であり、Ａ、Ｂは予め設定される定数である。また、ｋ₀は、利得偏差ΔＧの符号や絶対値に応じて所定の条件でＮ倍、Ｍ倍される（Ｍ＞０、Ｎ＞０）。
ＥＤＦ１における発振領域と過渡特性の不十分な領域を比例係数と光入力パワーの関係で示すと図３のようになり、比例係数ｋを含むＰＩ係数は、ＰＩ係数調整回路１６によって図４に示すフローに従って調整される。

まず、光増幅器３の光入力パワーＰinに対応する入力側電圧値Ｖinが第１の対数変換回路９からＰＩ係数調整回路１６及び差動回路１３に出力され、また、光増幅器３の光出力パワーＰout に対応する出力側電圧値Ｖout が第２の対数変換回路１０からＰＩ係数調整回路１６及び差動回路１３に出力される（図４のＳ１）。また、差動回路１３が式（１）により算出した利得偏差ΔＧは、ＰＩ係数調整回路１６に出力される（図４のＳ１）。

続いて、ＰＩ係数調整回路１６は、式（５）に基づいて目標比例係数ｋ₀ を計算する（図４のＳ２）とともに、利得偏差ΔＧが負か否かを判断し（図４のＳ３）、利得偏差ΔＧが負であって利得偏差ΔＧの絶対値が所定値αよりも小さい場合には目標値ｋ₀に所定値Ｎを掛けた値を新たな目標値ｋ₀ として設定する（図４のＳ３、Ｓ４、Ｓ５）一方、利得偏差ΔＧが負であって利得偏差ΔＧの絶対値が所定値αより大きい場合には目標値ｋ₀に所定値Ｎ×Ｍを掛けた値を新たな目標値ｋ₀ として設定する（図４のＳ３、Ｓ４、Ｓ６）。また、利得偏差ΔＧが正の場合には目標値ｋ₀をＭ倍、Ｎ×Ｍ倍せずに初期値のままとする。なお、Ｎ、Ｍは倍数であって、Ｎ＞０、Ｍ＞０である。

ここで、図５の破線Ｘ₁ に示すように増幅回路３の光パワーが増加した瞬間には、通常は利得偏差ΔＧが正になり、図５の破線Ｘ₂ に示すように増幅回路３の光パワーが減少した瞬間には、通常は利得偏差ΔＧが負になる。
比例回路１４の比例係数ｋを目標値ｋ₀ となるように調整する処理は以下のように行われる。

即ち、ＰＩ係数制御回路１６は図２に示した比例回路１４のＤＣＰ１４ａに接続した可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を読み（図４のＳ７）、これを固定抵抗１４ｂの抵抗値Ｒ1 で割って暫定的に比例係数ｋ＝Ｒ1 ／Ｒ2 を演算する（図４のＳ８）。さらに、求めた比例係数ｋから目標値値ｋ₀を引いた値Δｋを求め（図４のＳ９）、−δ＜Δｋの条件を満たさない場合にはＰＩ係数調整回路１６は比例回路１４に対してＤＣＰ１４ａの可変抵抗１４ｂの抵抗値Ｒ2 を１ステップ増加させる動作を行わせる一方（図４のＳ１０、Ｓ１１）、Δｋ＜＋δを満たさない場合にはＰＩ係数調整回路１６は比例回路１４に対してＤＣＰ１４ａの可変抵抗１４ｂの抵抗値Ｒ2 を１ステップ減少させる動作を行わせる（図４のＳ１２、Ｓ１３）。この動作は、Δｋが所定範囲δの絶対値よりも小さくなるまで繰り返され、これにより比例係数ｋは目標係数値ｋ₀又はその所定範囲内に設定され、比例回路１４は演算値ｋΔＧを加算回路１７に出力する（図４のＳ１４）。

以上の動作はＰＩ係数調整を行う必要がある間は続けられる（図４のＳ１５）。
以上のようにＰＩ係数調整回路１６が光出力側の第２の対数変換回路１０の出力信号を入力するとともに利得偏差ΔＧの値を入力するようにしたのは次のような理由による。

ＥＤＦ１の利得の応答時間は、ＥＤＦ１内の光パワーが大きいほど速くなるが、特許文献１に記載のように、ＥＤＦ１に入力する光パワーが大きくなるに応じて比例係数ｋを大きくし、逆に光パワーが小さくなると比例係数ｋを小さくするというように、光入力パワーが大きいほど比例係数ｋを大きくすると、図５の破線Ｘ₂ と図３に示すように光入力パワーがＰ_H からＰ_Lに減少した場合に、その変化に伴って図１６（ｂ）に示したように過度特性が悪くなる。これは、光入力パワーがＰ_H からＰ_Lに減少した直後のＥＤＦ１の励起状態は、入力パワーが減少する直前の励起状態がほぼ保たれるという特性があるために、図３に示すように比例常数ｋ₁ をｋ₂に小さくして励起ＬＤ４の光出力パワーを減少させるという従来の方法によれば、ＥＤＦ１の内部の励起状態はほぼＰ_H のままであるために、ＥＤＦ１による利得の応答時間が早くなり、ＥＤＦ１内の過渡特性が不十分になるという状況が発生し、結果としてＥＤＦ１内の残存光の変動抑制効果が不十分になる。

これに対して、本実施形態では、光入力パワーに応じてＰＩ制御の係数を変更することに加えて、利得偏差ΔＧの符号、ΔＧの絶対値の大きさに応じてＰＩ係数である比例係数ｋ、積分係数γを変更して、利得偏差ΔＧが負の場合のＰＩ制御の係数を、同じ入力パワーで利得偏差ΔＧが正の場合のＰＩ制御の係数の所定倍とすることで、図３に示すように入力パワーがＰ_H からＰ_L に減少した直後のＰＩ制御の係数をｋ₂からｋ₂ ’に大きくして利得変動抑制効果を十分に高めることが可能になる。

ところで、上記の光増幅装置において、ＰＩ係数を調整した後に図５の破線Ｘ₁ に示すように光入力パワーＰinが増加して利得偏差ΔＧが正となる場合には、ＰＩ係数調整回路１６は第１の対数変換回路９から信号Ｖinを入力し、さらに式（５）に基づいて比例係数の目標値ｋ₀を算出する（図４のＳ１、Ｓ２）。そして、ＰＩ係数調整回路１６は、比例回路１４のＤＣＰ１４ａの可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を調整して比例係数ｋと目標値ｋ₀の差がδの絶対値以下になるようにし、さらに調整された比例係数ｋを使用して比例回路１４はｋΔＧの算出値を加算回路１７に出力する（図４のＳ７〜Ｓ１４）。

これに対し、図５の破線Ｘ₂ に示すように光入力パワーＰinが減少する場合であって利得偏差ΔＧが負となる場合には、ＰＩ係数調整回路１６は第１の対数変換回路９から信号Ｖinを入力し、さらに式（５）に基づいて比例係数の目標値ｋ₀ を算出した後に、その目標値ｋ₀ を所定倍した値を新たな目標値ｋ₀ とし（図４のＳ１〜Ｓ６）、さらに、新たな目標値ｋ₀ となるように比例回路１４のＤＣＰ１４ａの可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を調整して比例係数ｋと目標値ｋ₀ の差がδの絶対値以下になるようにし、さらに調整された比例係数ｋを使用して比例回路１４はｋΔＧの算出値を加算回路１７に出力する（図４のＳ７〜Ｓ１４）。

次に、光増幅器３に入力する光入力パワーＰinが変化した場合のＥＤＦ１内の残存光の光出力パワー変動をシミュレートした結果を従来技術との比較において説明する。
まず、ＰＩ係数調整回路１６の機能を停止させ、光入出力パワーの変化によらず比例回路１４の比例係数ｋと積分回路１５の積分係数γをそれぞれ一定とした従来技術を用いたところ、図５に示したように光増幅器３への光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワーの変動は図６（ａ）に示すようになった。図６（ａ）において、光入力パワーが増加したときの残存光の利得の過渡的変化が０．５０ｄＢ、光入力パワーが減少したときの残存光の利得の過渡的変化が０．５６ｄＢであり、どちらの場合も過渡的変化が０．５ｄＢ以上という結果になった。
ここで目標利得Ｇ_０は２７ｄＢで、図６の縦軸の利得は、（１）式の（Ｖout−Ｖin）を示す。（１)式は、
（Vout-Vin）＝Ｇ_０-△Ｇ＝27−△Ｇ
と変形でき、図６（a）の５６ｄBの山は、△Ｇが負であることを示す。この縦軸の利得の表示については、以下で説明する図７、図８、図１０、図１２においても同様である。

過渡的変化を抑制するにはＰＩ係数を大きくする必要があるが、ＰＩ係数を図６（ａ）の場合の４倍にした場合のシミュレーション結果は図６（ｂ）のようになり、過渡的変化は抑制できたが、ＰＩ係数が大きすぎるために光入力パワーに変化が無い状態でも振動がみられ、やや発振気味となっている。
一方、ＰＩ係数調整回路１６を動作させ、利得偏差ΔＧの絶対値と符号を考慮せずに、光入力パワーの変化に応じて比例回路１４の比例係数ｋと積分回路１５の積分係数γをそれぞれ変化させる図１４に示す従来技術を用いたところ、光増幅器３への光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワーの変動は図７（ａ）に示すようになった。図７（ａ）において、ＰＩ係数を一定にした図６（ａ）と比較して、光入力パワーが減少したときの残存光の利得の過渡的変化が大きくなった。これは、ＥＤＦ１内１の光入力パワーが減少してもその直前の励起状態が変化しにくいからである。

過渡的変化を抑制するためにはＰＩ係数を大きくすることが考えられるが、ＰＩ係数を図７（ａ）に示す場合の条件の４倍に変化させると、図７（ｂ）に示すようなシミュレーション結果が得られるが、ＰＩ係数が大きすぎるために光入力パワーに変化が無い状態で振動がみられ、やや発振気味となっている。
これに対し、本実施形態のように、ＰＩ係数調整回路１６を動作させ、利得偏差ΔＧの絶対値、符号および光入力パワーの変化に応じて比例回路１４の比例係数ｋと積分回路１５の積分係数γをそれぞれ変化させたところ、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すようなシミュレーション結果が得られた。

図８（ａ）は、利得偏差ΔＧが負で、ＰＩ係数を図７（ａ）の条件の４倍にし、且つ利得偏差ΔＧの絶対値が０．１ｄＢより大きい場合にＰＩ係数をさらに２倍の８倍とした場合の結果であり、光入力パワーの増加だけでなく減少の時にも残存光の利得の過渡的変化が従来技術に比べて小さくなった。
また、図８（ｂ）は、利得偏差ΔＧが負で、ＰＩ係数を図７（ａ）の条件の４倍にし、且つ利得偏差ΔＧの絶対値が０．１ｄＢより大きい場合にＰＩ係数をさらに２倍の８倍とし、これに加えて利得偏差ΔＧの絶対値が２ｄＢより大きいときはＰＩ係数をさらに２倍の１６倍とした結果であり、光入力パワーの増加だけでなく減少の時にも残存光の過渡的変化が図８（ａ）よりもさらに小さくなった。これにより、利得偏差ΔＧの条件を複数設定することにより、残存光の利得変動がより小さくなることがわかる。

（第２の実施の形態）
図９は、図１に示す光増幅装置を使用した本発明の第２実施形態に係る光増幅方法におけるＰＩ係数の調整を示すフローチャートを示している。
図９に示すフローチャートは、図１におけるＰＩ係数調整回路１６における比例回路１４の比例係数ｋを調整するフローを示している。
まず、式（１）に基づいて差動回路１３によって算出された利得偏差ΔＧは、ＰＩ係数調整回路１６に入力される（図９のＳ２１）。

続いて、ＰＩ係数調整回路１６は、光入出力パワーに関係無く目標値ｋ₀ を設定するとともに（図９のＳ２２）、ΔＧの絶対値が一定の値αよりも大きいか否かを判断し、大きい場合にのみ目標値ｋ₀ をＭ倍に設定し直した後に（図９のＳ２３、Ｓ２４）、比例係数ｋを目標値ｋ₀ に一致又は所定範囲より小さくする動作を行う（図９のＳ７〜Ｓ１４）。
比例係数Ｋを目標値ｋ₀ に一致又は所定範囲内に設定させる動作は次のような処理により行われる。

即ち、比例回路１４を構成する図２に示すＤＣＰ１４ａに接続した可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を読み（図９のＳ７）、これを固定抵抗１４ｂの抵抗値Ｒ1 の値で割って暫定的に比例係数ｋ＝Ｒ1 ／Ｒ2 を演算する（図９のＳ８）。さらに、求めた比例係数ｋから目標値ｋ₀ を引いた値Δｋを求め（図９のＳ９）、Δｋが所定範囲δの絶対値よりも大きいか否かを判定し（図９のＳ１０、Ｓ１２）、−δ＜Δｋの条件を満たさない場合にはＰＩ係数調整回路１６は比例回路１４に対して固定抵抗値１４ｃの抵抗値Ｒ2 を１ステップ増加させる動作を行わせる一方（図９のＳ１０、Ｓ１１）、Δｋ＜＋δの条件を満たさない場合にはＰＩ係数調整回路１６は比例回路１４に対して固定抵抗値１４ｃの抵抗値Ｒ2 を１ステップ減少させる動作を行わせる（図９のＳ１２、Ｓ１３）。この動作は、Δｋが所定範囲δの絶対値よりも小さくなるまで繰り返される。

Δｋが所定範囲δの絶対値よりも小さくなった時点で、比例回路１４は演算値ｋΔＧを加算回路１７に出力する（図９のＳ１４）。
以上のような処理は、比例係数Ｋの調整が必要な場合に連続して行われることになる（図９のＳ１５）。
以上のように本実施形態では、過渡的変化を抑制し、かつ入力パワーの変化が小さい通常時の安定性も確保するために、利得偏差ΔＧがある一定値αよりも大きい場合のみＰＩ制御の係数を大きくしてシミュレーションを行った。例えば、利得偏差ΔＧの絶対値がα＝０．０３ｄＢより大きい時に比例係数の設定値ｋ₀ にＭ＝２を掛けた場合のＥＤＦ１の残存光の利得の変化を調べたところ、図１０（ａ）に示すような結果が得られ、過渡的変化が図６（ａ）に比べて抑制されている。さらに、利得偏差ΔＧの絶対値が０．３ｄＢより大きいときにＰＩ係数をさらに２倍のＭ＝４としたときの残存光の利得の過渡的変化は図１０（ｂ）に示すような結果となり、利得偏差ΔＧの絶対値の大きさに応じてＰＩ係数を変えない場合に比べて、光入力パワーが増加したときの残存光の利得の過渡的変化が０．１７ｄＢ、光入力パワーが減少したときの残存光の過渡的変化が０．２５ｄＢまで抑制され、かつ入力パワーが変化しない通常時の安定性をも確保できた。

（第３の実施の形態）
図１１は、図１に示す光増幅装置を使用した本発明の第３実施形態に係る光増幅方法におけるＰＩ係数の調整を示すフローチャートを示している。
図１１に示すフローチャートは、図１におけるＰＩ係数調整回路１６における比例回路１４の比例係数ｋを調整するフローを示している。
まず、光増幅器３の光入力パワーＰinに対応する入力側電圧値Ｖinが第１の対数変換回路９からＰＩ係数調整回路１６に入力され、また、光増幅器３の光出力パワーＰout に対応する出力側電圧値Ｖout が第２の対数変換回路１０からＰＩ係数調整回路１６に入力される（図１１のＳ３１）。また、差動回路１３が式（１）により算出した利得偏差ΔＧは、ＰＩ係数調整回路１６に入力される（図１１のＳ３１）。
続いて、ＰＩ係数調整回路１６は、式（１）に基づいて目標比例係数ｋ₀ を計算するとともに（図１１のＳ３２）、利得偏差ΔＧが負か否かを判断し（図１１のＳ３３）、ΔＧが正の場合には比例係数ｋを目標値ｋ₀に一致させるか所定範囲内にする処理を行う一方（図１１のＳ７〜Ｓ１４）、ΔＧが負の場合には目標値ｋ₀ を初期のＭ（Ｍは正数）倍に設定し直した後に（図１１のＳ３４）、比例係数ｋを目標値ｋ₀に一致させるか所定値範囲内に設定する処理を行う（図１１のＳ６〜Ｓ１４）。

比例係数ｋを目標値ｋ₀ に一致させる処理は次のように行われる。
即ち、図２に示した比例回路１４の可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を読み（図１１のＳ７）、これを固定抵抗１４ｂの抵抗値Ｒ1 で割って暫定的に比例係数ｋ＝Ｒ1 ／Ｒ2 を演算する（図１１のＳ８）。さらに、求めた比例係数ｋから目標値ｋ₀ を引いた値Δｋを求め（図１１のＳ９）、Δｋが所定範囲δの絶対値よりも大きいか否かを判定し（図１１のＳ１０、Ｓ１２）、−δ＜ΔＫを満たさない場合にはＰＩ係数調整回路１６は比例回路１４に対して可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を１ステップ増加させる動作を行わせる一方（図１１のＳ１０、Ｓ１１）、ΔＫ＜＋δを満たさない場合にはＰＩ係数調整回路１６は比例回路１４に対して可変抵抗１４ｃの抵抗値Ｒ2 を１ステップ減少させる動作を行わせる（図１１のＳ１２、Ｓ１３）。この動作は、Δｋが所定範囲δの絶対値よりも小さくなるまで繰り返される。

Δｋが所定範囲δの絶対値よりも小さくなった時点で、比例回路１４は演算値ＫΔＧを加算回路１７に出力する（図１１のＳ１４）。
以上のような処理は、比例係数ｋの調整が必要な状態で連続して行われることになる（図１１のＳ１５）。
利得偏差ΔＧが負の場合、即ち光入力パワーが所定条件で減少したときの残存光の利得の過渡的変化のみを抑制するために、利得偏差ΔＧが負の場合には正の場合に比べてＰＩ係数を３倍、４倍、５倍して残存光の利得をシミュレートしたところ、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すような結果が得られた。図１２（ａ）〜（ｃ）によれば、利得偏差ΔＧの符号を考慮しない場合のシミュレーション結果を示す図７（ａ）に比べて光入力パワーが減少したときの残存光の利得の過渡的変化が抑制され、かつ光入力パワーの変化が小さい通常の安定性も確保することができた。
なお、上記の各実施形態に係る光増幅装置は、光伝送路に少なくとも１つ接続されることもある。

この発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、この発明では、ＡＧＣ制御回路がアナログによる実施の形態を説明しているが、これに限らずＡＧＣ制御回路がデジタル回路であってもよい。

図１は、本発明の実施形態に係る光増幅装置を示す構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る光増幅装置のＡＧＣ制御回路を構成する比例回路の回路図である。 図３は、本発明の実施形態に係る光増幅装置のＡＧＣ制御回路を構成する比例回路の比例係数と光入力パワーの関係を示す図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る比例積分係数の制御を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施形態に係る光増幅装置での光入力パワーの変化を示す波形図である。 図６は、従来の光増幅装置において光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワー変動を示す波形図である。 図７は、別の従来の光増幅装置において光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワー変動を示す波形図である。 図８は、本発明の第１実施形態に係る光増幅装置において光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワー変動を示す波形図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る光増幅方法における比例積分係数の制御を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る光増幅方法において光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワー変動を示す波形図である。 図１１は、本発明の第３実施形態に係る比例積分係数の制御を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第３実施形態に係る光増幅方法において光入力パワーが変化した場合の残存光の光出力パワー変動を示す波形図である。 図１３は、第１の従来の光増幅装置を示す構成図である。 図１４は、図１３に示した光増幅装置における光入力パワー、光出力パワー、１波当たりの光出力パワーの波形図である。 図１５は、第２の従来の光増幅装置を示す構成図である。 図１６は、図１５に示す光増幅装置のＡＧＣ制御回路を構成する比例回路の比例係数と光入力パワーの関係を示す図である。 図１７は、図１５に示す光増幅装置において光入力パワーが変化した場合の残留波長出力の変化を示す波形図である。

符号の説明

１：ＥＤＦ
２、５、７：光カプラ
３：増幅器
６、８：フォトダイオード
４：励起レザーダイオード
９、１０：対数変換回路
１１：ＡＧＣ制御回路
１２：目標利得設定回路
１３：差動回路
１４：比例回路
１５：積分回路
１６：ＰＩ係数制御回路
１７：加算回路
１８：ＬＤ電流制御回路

Claims (8)

1. 少なくとも１つの光増幅器が光伝送路に接続され、該光伝送路を介して入力する光信号を該光増幅器で増幅するとともに、該光伝送路上の光信号の光パワーを検出し、検出した該光パワーに応じて、前記光増幅器の利得を制御する光増幅方法において、
   前記光増幅器の光入出力パワーを検出する光検出工程と、
   検出された前記光入出力パワーに基づき前記光増幅器の利得と目標利得との利得偏差を求める偏差算出工程と、
   前記利得偏差と制御係数を用いて比例演算および積分演算を行い、前記光増幅器を励起する励起用光素子の駆動電流を制御する制御値を算出する比例積分係数算出工程と、
   算出された前記駆動電流の前記制御値に基づく前記励起用光素子の電気制御によって、前記光増幅器の利得を制御する制御工程と、
   算出された前記利得偏差に基づいて前記制御係数を補正する比例積分係数調整工程と、
   を含むことを特徴とする光増幅方法。
   である。
2. 前記利得制御手段の前記制御係数は、前記利得偏差の絶対値と符号の少なくとも一方に基づいて変更されることを特徴とする請求項１に記載の光増幅方法。
3. 前記利得制御手段の前記制御係数は、前記利得偏差が負のときに変更されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光増幅方法。
4. 前記利得制御手段の前記制御係数は、前記光入出力パワーが増加の場合に高くされ、前記光入出力が減少の場合に低くされることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の光増幅方法。
5. 前記比例積分係数算出工程において、前記利得偏差の絶対値が０．０３ｄＢより大きいときに前記制御係数の前記変更前の値より前記制御係数を２倍に変更し、かつ前記利得偏差の絶対値が０．３ｄＢより大きいときに前記変更前の値より前記制御係数を４倍に変更することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の光増幅方法。
6. 光伝送路を介して入力する光信号を増幅する少なくとも１つの光増幅器と、前記光伝送路上の光信号の光パワーを検出する光パワー検出手段と、検出された前記光パワーに応じて前記光増幅器の利得を制御する利得制御手段とを有する光増幅装置において、
   前記光増幅器の利得を検出して目標利得との利得偏差を求める偏差算出手段と、
   前記利得偏差と制御係数に基づいて比例演算および積分演算を行って、前記光増幅器を励起する励起用光素子の駆動電流の制御値を算出し、かつ該制御値に基づく前記励起用光素子の電流制御によって前記光増幅器の利得を制御する利得制御手段と、
   前記比例演算及び前記積分演算に要求される前記制御係数を前記利得偏差に基づいて変更する係数調整回路と、
   を備えたことを特徴とする光増幅装置。
7. 前記係数調整回路は、前記利得偏差の絶対値と符号の少なくとも一方に基づいて前記制御係数を変更することを特徴とする請求項６に記載の光増幅装置。
8. 前記係数調整回路は、前記利得偏差が負のときに前記制御係数を変更することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光増幅装置。

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