JP2008135640A - ゲインクランプ型光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】高速の入力信号光電力の変化に対して利得安定化が可能で、長期信頼性を有し、利得値を任意の値に設定可能にする。
【解決手段】入力信号光を増幅する反転分布媒質２に対し、ゲインクランプ光を定常的に入力し、ゲインクランプ光と共通増幅される入力信号光の光電力変動に対する反転分布媒質２の利得変動を抑圧する。具体的には、反転分布媒質２における出力ゲインクランプ光電力と入力ゲインクランプ光電力との比で決まるゲインクランプ光利得がゲインクランプ光利得設定値と一致するよう、反転分布媒質２に入力するゲインクランプ光の光出力電力を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信分野などにおいて、光増幅器によって信号光を増幅する際の、入力信号光の電力の変動に起因する利得の不安定性を抑圧し、利得一定動作を実現するゲインクランプ型光増幅器に関するものである。

光増幅器は、希土類イオンドープファイバや半導体などの反転分布媒質の誘導放出を用いて入力信号光を増幅するものである。この反転分布媒質の反転分布は、励起光や励起電流などのエネルギーを供給すればするほど大きくなり、また信号光を増幅すればするほど小さくなる。反転分布媒質における信号光の利得は、反転分布の大きさに依存する。

このような特性から、光増幅器では、入力信号光電力が小さい場合には、反転分布媒質の反転分布が大きく保たれ、利得が大きくなるという性質を持つ。同様に、入力信号光電力が大きい場合には、反転分布媒質の反転分布が小さくなり、利得が小さくなるという性質を持つ。

このように、光増幅器の利得に入力信号光電力依存性が存在すると、入力信号光が正確に増幅されないという問題が発生する。例えば、波長多重伝送の中継に光増幅器を使用する場合、波長数の増加に伴い光増幅器への全入力信号光電力が増加し、反転分布媒質の反転分布が小さくなり、利得が小さくなる。この結果として、波長数の増加に伴い、１波長あたりの光増幅器出力信号光電力が減少し、信号が受信器に到達しなくなる問題が発生する。

このような入力信号光電力の変化に起因する光増幅器の利得不安定性を抑圧するには、反転分布媒質の反転分布状態を安定化させることが必要となる。このための方法として、これまで各種の技術提案がなされているが、大別すると２種類に分類することができる。以下、この２種類の利得安定化方式を、便宜上、フィードバック制御方式とゲインクランプ方式と称することとする。

１つめのフイードバック制御方式について、以下に説明する。この方式は、図５に示すように、光増幅器内において、希土類イオンドープファイバからなる反転分布媒質２の入出力側にモニタ用カプラ１，３および入力信号光電力モニタ１６、出力信号光モニタ２１を設け、両信号光モニタ１６，２１のモニタ結果から利得演算回路１１により利得を演算（利得＝出力信号光電力÷入力信号光電力）し、これに基づき利得一定制御回路１２によって励起光源７を制御し、制御された励起光をＷＤＭカプラ４から反転分布媒質２に入力させることにより、信号光の利得が一定になるようにエネルギー供給量調整をフィードバック制御する方式である（例えば、非特許文献１参照）。

半導体増幅器からなる反転分布媒質２Ａの場合は、図６に示すように、利得一定制御回路１２により、反転分布媒質２Ａの電流を制御することにより、同様に、信号光の利得が一定になるようにエネルギー供給量調整をフィードバック制御する。なお、図５と図６に例示のフィードバック制御方式は、反転分布媒質が希土類イオンドープファイバから半導体増幅器に変わり、エネルギー供給手段もこれに伴い置き換わっただけである。図５と図６に例示のフィードバック制御方式について、本質的な差異はない。

このように、反転分布媒質２，２Ａの入出力信号光電力のモニタ結果から信号光利得を演算し、励起光（図５）や電流（図６）など反転分布媒質２，２Ａへのエネルギー供給量を変えることにより反転分布状態を制御し、利得一定とする方式を利得一定制御（ＡＧＣ）と称する。

また、図７に示すように、希土類イオンドープファイバからなる反転分布媒質２の出力信号光電力をモニタ用カプラ３で取り出し、出力信号光モニタ２１でモニタして、そのモニタ結果に基づき、出力一定制御回路１４によって励起光源７を制御して、反転分布媒質２へのエネルギー供給量を変えることにより反転分布状態を制御し、出力一定とする方式を出力一定制御（ＡＬＣ）と称する（例えば、非特許文献２参照）。なお、半導体増幅器の反転分布媒質２Ａの場合は、図８に示すように、出力一定制御回路１４により、反転分布媒質２Ａの電流を制御することにより、同様に、出力一定とするものもある。なお、図７と図８に例示のフィードバック制御方式は、反転分布媒質が希土類イオンドープファイバから半導体増幅器に変わり、エネルギー供給手段もこれに伴い置き換わっただけである。図７と図８に例示のフィードバック制御方式について、本質的な差異はない。

次に、２つめのゲインクランプ方式について、以下に説明する。この方式は、光増幅器内において、反転分布媒質に対し、信号光とは別に、ゲインクランプ光を連続して入力する方式である。ゲインクランプ光が定常的に入力することにより、反転分布媒質の反転分布状態が安定し、バースト信号のような高速の入力信号光電力の変化に対しても利得が一定となる。ゲインクランプ光の生成方式は、反転分布媒質の発振を利用する自励型（例えば、特許文献３、非特許文献３参照）と、ゲインクランプ光をレーザダイオード（ＬＤ）などの光源から供給する外部供給型（例えば、非特許文献４参照）が存在する。

この内、自励型ゲインクランプ方式は、非特許文献３にも見られるように、レーザ光源と一部同一の構成をなしている。すなわち、図９に示すように、反転分布媒質２から出力されるゲインクランプ光を、サーキュレータ２２で取り出し、光可変減衰器２３とフィルタ２４を透過させた後に、再度、サーキュレータ５から反転分布媒質２に入力させるレーザ光源の構成である。通常のレーザ光源との構成上の差異は、レーザ発振光であるゲインクランプ光が外部に出力されないことと、反転分布媒質２に対し信号光が入力されゲインクランプ光と共通増幅された後に出力されることである。光可変減衰器２３の減衰量が反転分布媒質２におけるゲインクランプ光ならびに信号光の利得と一致するため、光可変減衰器２３の損失量を調整することにより、信号光利得を任意の値に制御することが可能である。

また、外部供給型ゲインクランプ方式は、非特許文献４にも見られるように、反転分布媒質に対してレーザダイオード（ＬＤ）などの光源からゲインクランプ光を入力するだけの構成である。すなわち、図１０に示すように、直流電源１３で駆動されるゲインクランプ光源８からのゲインクランプ光を反転分布媒質２に入力させるので、光可変減衰器などの機械的可動部が無いことから、自励型ゲインクランプ方式に比べ長期信頼性を有する。

特開平１１−１１２４３４公報 特開平５−０２１８８１公報 特開２０００−２９４８６０公報 須藤昭一 編、「エルビウム添加光ファイバ増幅器」、オプトロニクス社、９７頁の図２（ａ） M.Kakui,et al.,"Dynamic-gain-tilt-free long-wavelength band Erbium doped fiber amplifiers utilizing temperature dependent characteristics of gain spectrum"OFC2000,W3A-1,pp.6-8，vol.2,2000. 須藤昭一 編、「エルビウム添加光ファイバ増幅器」、オプトロニクス社、９７頁の図２（ｂ） 鈴木謙一 他、「光増幅器を用いたＰＯＮシステムの伝送距離拡大法−利得クランプＰＤＦＡを用いた1.3μｍ帯バースト光増幅器の検討−」、信学技報，vol.104,no.721,CS2004-252,pp.109-114,2005年3月

しかし、図５および図６で説明した利得一定制御（ＡＧＣ）並びに図７および図８で説明した出力一定制御（ＡＬＣ）によるフィードバック制御方式では、演算・制御に用いる電気回路の応答速度が原因となり、バースト信号のような高速の入力信号光電力の変化には利得安定化が追従できないという問題が生じる。

また、図９で説明した自励型ゲインクランプ方式では、光可変減衰器２３が機械式となるため、長期信頼性に課題を有している。さらに、図１０で説明した外部供給型ゲインクランプ方式では、ゲインクランプ光電力に対する制御が無いことから、自励型ゲインクランプ方式のような信号光利得を任意の値に制御することは困難であり、信号光利得は操作者が意図しない値で安定化するという課題が存在している。

本発明の目的は、バースト信号のような高速の入力信号光電力の変化に対しても利得安定化が可能で、かつ、機械的可動部が無いことから長期信頼性を有する外部供給型ゲインクランプ方式において、従来構成では困難であった、任意の値に利得値を設定できるようにしたゲインクランプ型光増幅器を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のゲインクランプ型光増幅器は、信号光を増幅するための反転分布媒質に対し、ゲインクランプ光源から出力されるゲインクランプ光を定常的に入力することにより、前記ゲインクランプ光と共通増幅される前記信号光の入力光電力変動に対する前記反転分布媒質の利得変動を抑圧するゲインクランプ型光増幅器において、前記反転分布媒質における入力ゲインクランプ光電力を測定する入力ゲインクランプ光電力モニタと、前記反転分布媒質における出力ゲインクランプ光電力を測定する出力ゲインクランプ光電力モニタと、制御部とを有し、該制御部は、前記出力ゲインクランプ光電力と前記入力ゲインクランプ光電力の比で決まるゲインクランプ光利得がゲインクランプ光利得設定値と一致するよう、前記ゲインクランプ光源の出力光電力又は前記反転分布媒質へのエネルギー供給を制御することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のゲインクランプ型光増幅器において、前記制御部を、前記ゲインクランプ光利得が前記ゲインクランプ光利得設定値と一致し、かつ、前記出力ゲインクランプ光電力がゲインクランプ光出力設定値と一致するよう、前記ゲインクランプ光源の出力光電力又は前記反転分布媒質へのエネルギー供給を制御する制御部に置き換えたことを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のゲインクランプ型光増幅器において、前記ゲインクランプ光利得設定値として、信号光入力測定値の時間平均値にて信号光出力設定値を除した値を用いることを特徴とする。

本発明によれば、バースト信号のような高速の入力信号光電力の変化に対しても利得安定化が可能で、かつ、機械的可動部が無いことから、長期信頼性を有する外部供給型ゲインクランプ方式において、従来構成では困難であった、信号光の利得値を任意に設定することが可能となる。

＜基本構成＞
本発明では、以下の手段により、外部供給型ゲインクランプ方式において、任意の値に利得値を設定する技術を実現する。すなわち、ゲインクランプ光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）などの外部光源の他、反転分布媒質の入出力端にゲインクランプ光電力モニタを設ける。外部光源により生成したゲインクランプ光は、反転分布媒質で増幅されるが、その際、入力ゲインクランプ光電力と出力ゲインクランプ光電力をゲインクランプ光電力モニタにて測定し、これらの比であるゲインクランプ光利得を演算する。そして、ゲインクランプ光利得がゲインクランプ光利得設定値に一致するよう、ゲインクランプ光に対する利得一定制御（ＡＧＣ）を行う。本発明ではさらに、出力ゲインクランプ光電力をゲインクランプ光電力モニタにて測定し、出力ゲインクランプ光電力がゲインクランプ光出力設定値に一致するよう、ゲインクランプ光に対する出力一定制御（ＡＬＣ）を行う。

＜特徴＞
本発明では、外部光源で生成したゲインクランプ光を反転分布媒質で増幅し、その際、ゲインクランプ光に対し利得一定制御（ＡＧＣ）を行うことを特徴としている。その際、ゲインクランプ光利得が大きい場合には、反転分布媒質への励起電流や励起光などのエネルギー供給を減少させるか、又は入力ゲインクランプ光電力を増大させることにより、反転分布を減少させ、ゲインクランプ光利得を小さくする。反対に、ゲインクランプ光利得が小さい場合には、反転分布媒質への励起電流や励起光などのエネルギー供給を増大させるか、又は入力ゲインクランプ光電力を減少させることにより、反転分布を増大させ、ゲインクランプ光利得を大きくする。信号光利得は、ゲインクランプ光利得と一致することから、本方式で反転分布を制御することにより、信号光利得も任意の値に制御することが可能となる。また、機械的可動部が無いことから、信頼性が向上する。

また、本発明では、外部光源で生成したゲインクランプ光を反転分布媒質で増幅し、その際、ゲインクランプ光に対し利得一定制御（ＡＧＣ）を行いつつ、出力一定制御（ＡＬＣ）を併用することを特徴としている。一般に、ゲインクランプ方式では、信号光電力に比べ、ゲインクランプ光電力が大きいほど、利得安定性が向上する。従って、ゲインクランプ光に対し出力一定制御（ＡＬＣ）を併用し、ゲインクランプ光電力を信号光電力よりも十分大きく設定することにより、良好な利得安定性が提供できることとなる。

さらに本発明では、ゲインクランプ光利得設定値として、信号光入力測定値の時間平均値にて信号光出力設定値を除した値を設定することも特徴である。本方式では、ゲインクランプ光利得設定値とゲインクランプ光利得と信号光利得は、過剰損の補正を行うことにより基本的に一致する。従って、本方式により、出力信号光の平均電力は信号光出力設定値に一致する。

＜第１の実施例（請求項１）＞
図１は、本発明の第１の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図であり、ゲインクランプ光源の出力光電力を制御する場合の例である。本ゲインクランプ型光増幅器の光学系・電気系は、３つの系統から構成される。第１の系統は信号光系統であり、信号光が透過する回路である。これは、信号光入力端から信号光出力端に向かい、モニタ用カプラ１、希土類イオンドープファイバからなる反転分布媒質２、モニタ用カプラ３、ＷＤＭカプラ４、サーキュレータ５から構成されている。

第２の系統は励起光系統であり、励起光および励起光源への供給電力が透過する回路である。これは、直流電源６から励起光源７に対して接続された電力供給線と、励起光源７からＷＤＭカプラ４およびモニタ用カプラ３を介して反転分布媒質２へ達する光回路から構成される。

第３の系統はゲインクランプ光系統であり、光回路と電気回路から構成されるフィードドバック回路である。この内、光回路は、ゲインクランプ光源８からサーキュレータ５とＷＤＭカプラ４とモニタ用カプラ３を介して反転分布媒質２にゲインクランプ光を入力し、反転分布媒質２の入力側および出力側でモニタ用カプラ３，１により信号光系統と分岐し、入力ゲインクランプ光電力モニタ９および出力ゲインクランプ光電力モニタ１０によりそれぞれ光電力を測定する構成となっている。また電気回路は、２つの光電力モニタ９，１０の出力からゲインクランプ光の反転分布媒質２における利得を演算する利得演算回路１１、演算して得られた利得がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合にはゲインクランプ光源８の駆動電流を増やし、また利得がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合にはゲインクランプ光源８の駆動電流を減らす利得一定制御回路１２からなり、この出力がゲインクランプ光源８に接続されている。

なお、第１、第２および第３の系統は、光回路の一部を共通化している。本実施例では、反転分布媒質２において、信号光とゲインクランプ光の伝搬は反対方向であるが、それぞれ利得は同一である。また、請求項に記載した制御部は、利得演算回路１１と利得一定制御回路１２が対応する。

本発明の動作を説明する。第２の励起光系統では、直流電源６から励起光源７に電力が供給されることによって、一定電力の励起光を反転分布媒質２に供給する。第３のゲインクランプ光系統では、利得一定制御回路１２からゲインクランプ光源８に初期値の電流が与えられることにより、ゲインクランプ光源８から反転分布媒質２にゲインクランプ光が供給される。反転分布媒質２におけるゲインクランプ光の利得は、モニタ用カプラ３，１で取り込み、入力ゲインクランプ光電力モニタ９、出力ゲインクランプ光電力モニタ１０で測定した入力ゲインクランプ光電力と出力ゲインクランプ光電力を、利得演算回路１１により演算（利得＝出力ゲインクランプ光電力÷入力ゲインクランプ光電力）することにより算出され、利得一定制御回路１２にその演算結果が伝送される。

利得一定制御回路１２では、算出された利得がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合には、ゲインクランプ光源８の駆動電流を増やす。この結果、ゲインクランプ光源８から出力されるゲインクランプ光が増大し、反転分布媒質２への入力ゲインクランプ光電力が増大し、反転分布状態が減少し、利得が減少する。また、利得一定制御回路１２では、算出された利得がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合には、ゲインクランプ光源８の駆動電流を減らす。この結果、ゲインクランプ光源８から出力されるゲインクランプ光が減少し、反転分布媒質２への入力ゲインクランプ光電力が減少し、反転分布状態が増大し、利得が増大する。この結果、ゲインクランプ光の反転分布媒質２における利得は、常にゲインクランプ光利得設定値に保たれることとなる。第１の信号光系統では、反転分布媒質２における信号光の利得はゲインクランプ光のものと同一であり、従って第３のゲインクランプ光系統のゲインクランプ光利得設定値が信号光の利得にも一致するものとなる。

＜第２の実施例（請求項１）＞
図２は、本発明の第２の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図であり、反転分布媒質へのエネルギー供給を制御する場合の例である。本ゲインクランプ型光増幅器の光学系・電気系は、３つの系統から構成される。

第１の系統は信号光系統であり、信号光が透過する回路である。これは、図１で説明した第１の実施例と同様に、信号光入力端から信号光出力端に向かい、モニタ用カプラ１、希土類イオンドープファイバからなる反転分布媒質２、モニタ用カプラ３、ＷＤＭカプラ４、サーキュレータ５から構成されている。

第２の系統は励起光系統であり、光回路と電気回路から構成されるフイードバック回路である。この内、光回路は、励起光源７からＷＤＭカプラ４とモニタ用カプラ３を介し反転分布媒質２に励起光を入力するとともに、反転分布媒質２の入力側および出力側でモニタ用カプラ３，１によりゲインクランプ光を信号光系統から分岐し、入力ゲインクランプ光電力モニタ９および出力ゲインクランプ光電力モニタ１０によりそれぞれ光電力を測定する構成となっている。また電気回路は、２つの光電力モニタ９，１０の出力からゲインクランプ光の反転分布媒質２における利得を演算する利得演算回路１１、演算して得られた利得がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合には励起光源７の駆動電流を減らし、また利得がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合には励起光源７の駆動電流を増やす利得一定制御回路１２からなり、この利得一定制御回路１２の出力が励起光源７に接続されている。

第３の系統はゲインクランプ光系統であり、ゲインクランプ光およびゲインクランプ光源への供給電力が透過する回路である。これは、直流電源１３からゲインクランプ光源８に対して接続された電力供給線と、ゲインクランプ光源８からサーキュレータ５、ＷＤＭカプラ４およびモニタ用カプラ３を介して反転分布媒質２へ達する光回路から構成される。

なお、第１、第２および第３の系統は、光回路の一部を共通化している。実施例では、反転分布媒質２において、信号光とゲインクランプ光の伝搬は反対方向であるが、それぞれの利得は同一である。また、請求項に記載した制御部は、利得演算回路１１と利得一定制御回路１２が対応する。

本発明の動作を説明する。第３のゲインクランプ光系統では、直流電源１３からゲインクランプ光源８に電力が供給されることによって、一定電力のゲインクランプ光を反転分布媒質２に供給する。

第２の励起光系統では、利得一定制御回路１２から励起光源７に初期値の電流が与えられることにより、励起光源７から反転分布媒質２に励起光が供給される。反転分布媒質２におけるゲインクランプ光の利得は、モニタ用カプラ３，１で取り込み、入力ゲインクランプ光電力モニタ９、出力ゲインクランプ光電力モニタ１０で測定した入力ゲインクランプ光電力と出力ゲインクランプ光電力を、利得演算回路１１により演算（利得＝出力ゲインクランプ光電力÷入力ゲインクランプ光電力）することにより算出され、利得一定制御回路１２にその演算結果が伝送される。

利得一定制御回路１２では、算出された利得がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合には、励起光源７の駆動電流を減らす。この結果、励起光線７から出力される励起光が減少し、反転分布媒質２への入力励起光電力が減少し、反転分布状態が減少し、利得が減少する。また、利得一定制御回路１２では、算出された利得がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合には、励起光源７の駆動電流を増やす。この結果、励起光源７から出力される励起光が増大し、反転分布媒質２への入力励起光電力が増大し、反転分布状態が増大し、利得が増大する。この結果、ゲインクランプ光の反転分布媒質２における利得は、常にゲインクランプ光利得設定値に保たれることとなる。第１の信号光系統では、反転分布媒質における信号光の利得はゲインクランプ光のものと同一であり、従って第３のゲインクランプ光系統のゲインクランプ光利得設定値が信号光の利得にも一致するものとなる。

＜第３の実施例（請求項２）＞
図３は、本発明の第３の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図であり、利得一定制御（ＡＧＣ）と出力一定制御（ＡＬＣ）を同時に行う場合の例である。本ゲインクランプ型光増幅器の光学系・電気系は、３つの系統から構成される。

第１の系統は信号光系統であり、信号光が透過する回路である。これは、これは、図１で説明した第１の実施例および図２で説明した第２の実施例と同様に、信号光入力端から信号光出力端に向かい、モニタ用カプラ１、希土類イオンドープファイバからなる反転分布媒質２、モニタ用カプラ３、ＷＤＭカプラ４、サーキュレータ５から構成されている。

第２の系統は励起光系統であり、光回路と電気回路から構成されるフイードバック回路である。この内、光回路は、励起光源７からＷＤＭカプラ４とモニタ用カプラ３，１を介し、反転分布物質２に励起光を入力するとともに、反転分布媒質２の出力側でモニタ用カプラ１によりゲインクランプ光を信号光系統から分岐し、出力ゲインクランプ光電力モニタ１０により光電力を測定する構成となっている。また、電気回路は、出力ゲインクランプ光電力モニタ１０の出力がゲインクランプ光出力設定値より大きい場合には励起光源７の駆動電流を減らし、また出力がゲインクランプ光出力設定値より小さい場合には励起光源７の駆動電流を増やす出力一定制御回路１４からなり、この出力一定制御回路１４の出力が励起光源７に接続されている。

第３の系統はゲインクランプ光系統であり、図１で説明した第１の実施例と同様に、光回路と電気回路から構成されるフイードバック回路である。この内、光回路は、ゲインクランプ光源８からサーキュレータ５とＷＤＭカプラ４とモニタ用カプラ３を介して反転分布媒質２にゲインクランプ光を入力し、反転分布媒質２の入力側および出力側でモニタ用カプラ３，１により信号光系統と分岐し、入力ゲインクランプ光電力モニタ９および出力ゲインクランプ光電力モニタ１０によりそれぞれ光電力を測定する構成となっている。また電気回路は、２つの光電力モニタ９，１０の出力からゲインクランプ光の反転分布媒質２における利得を演算する利得演算回路１１、演算して得られた利得がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合にはゲインクランプ光源８の駆動電流を増やし、また利得がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合にはゲインクランプ光源８の駆動電流を減らす利得一定制御回路１２からなり、この出力がゲインクランプ光源８に接続されている。

なお、第１、第２および第３の系統は、光回路・電気回路の一部を共通化している。実施例では、反転分布媒質２において、信号光とゲインクランプ光の伝搬は反対方向であるが、それぞれの利得は同一である。また、請求項に記載した制御部は、利得演算回路１１と利得一定制御回路１２と出力一定制御回路１４が対応する。

本発明の動作を説明する。第２の励起光系統では、出力一定制御回路１４から励起光源７に電力が供給されることによって、励起光を反転分布媒質２に供給する。

第３のゲインクランプ光系統では、利得一定制御回路１２からゲインクランプ光源８に初期値の電流が与えられることにより、ゲインクランプ光源８から反転分布媒質２にゲインクランプ光が供給される。反転分布媒質２におけるゲインクランプ光の利得は、モニタ用カプラ３，１で取り込み、入力ゲインクランプ光電力モニタ９、出力ゲインクランプ光電力モニタ１０で測定した入力ゲインクランプ光電力と出力ゲインクランプ光電力を、利得演算回路１１により演算（利得＝出力ゲインクランプ光電力÷入力ゲインクランプ光電力）することにより算出され、利得一定制御回路１２にその演算結果が伝送される。

利得一定制御回路１２では、算出された利得がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合には、ゲインクランプ光源８の駆動電流を増やす。この結果、ゲインクランプ光源８から出力されるゲインクランプ光が増大し、反転分布媒質２への入力ゲインクランプ光電力が増大し、反転分布状態が減少し、利得が減少する。また、利得一定制御回路１２では、算出された利得がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合には、ゲインクランプ光源８の駆動電流を減らす。この結果、ゲインクランプ光源８から出力されるゲインクランプ光が減少し、反転分布媒質２への入力ゲインクランプ光電力が減少し、反転分布状態が増大し、利得が増大する。この結果、ゲインクランプ光の反転分布媒質２における利得は、常にゲインクランプ光利得設定値に保たれることとなる。第１の信号光系統では、反転分布媒質２における信号光の利得はゲインクランプ光のものと同一であり、従って第３のゲインクランプ光系統のゲインクランプ光利得設定値が信号光の利得にも一致するものとなる。

また、本実施例では、反転分布媒質２の出力ゲインクランプ光電力が一定となるよう、第２の励起光系統において出力一定制御（ＡＬＣ）を行っている。すなわち、本実施例では、利得一定制御（ＡＧＣ）と出力一定制御（ＡＬＣ）の併用を行っている。これにより、前の２つの実施例よりさらに最適かつ安定した制御のゲインクランプ型光増幅器を提供することが可能となる。

＜第４の実施例（請求項３）＞
図４は、本発明の第４の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図であり、バースト信号のような高速の入力信号光電力の変化に対しても、低速成分を多くむ強度変調信号のような低速の入力信号光電力に変化に対しても、動作の安定化を図った場合の例である。

第１の系統は信号光系統であり、２つのサブ系統から構成される。１つめのサブ系統は、信号光入力端から信号光出力端に向かい、モニタ用カプラ１５、モニタ用カプラ１、希土類イオンドープファイバからなる反転分布媒質２、モニタ用カプラ３、ＷＤＭカプラ４、サーキュレータ５から構成される光回路である。２つめのサブ系統は、モニタ用カプラ１５から分岐し、入力信号光電力モニタ１６、移動平均平滑化回路１７、除算器１８を介して利得一定制御回路１２に至る光回路・電気回路である。その他、第２の励起光系統、および第３のゲインクラーンプ光系統の構成と機能は、前述の図３で説明した第３の実施例のゲインクランプ型光増幅器と同一であるため、説明を省略する。

光増幅器に入力した信号光は、モニタ用カプラ１５で分岐された後、入力信号光電力モニタ１６にて電力を測定される。ここで、信号光が低速成分を多く含む強度変調信号の場合、マークあるいはスペースの連続により低速の信号光電力に揺らぎが生じるため、移動平均平滑化回路１７により信号光入力測定値の時間平均値を演算し、影響を排除する。すなわち、移動平均平滑化回路１７は、時間間隔Δｔで信号光入力測定値を入力し、信号光入力測定値の時間平均値を出力するものである。ここで、信号光入力測定値ｐｋと信号光入力測定値の時間平均値Ｐｋの間には、以下の関係が成り立つ。

ただし、ｋはシーケンス番号、ｎは平均平滑化処理を行う際の母数であり、それぞれ整数、自然数をとる。

この平均平滑化処理により、信号光が低速成分を多く含む強度変調信号の場合でも、マークあるいはスペースの連続による低速の信号光電力に揺らぎの影響を排除することが可能となる。次の除算器１８では、信号光出力設定値を、信号光入力測定値の時間平均値で除する。この除算で得られた値が、信号光に対して与えられるべき利得である。この値は、ゲインクランプ光利得設定値として、利得一定制御回路１２に転送される。利得一定制御回路１２では、利得演算回路１１から出力されるゲインクランプ光利得値とゲインクランプ光利得設定値の比較を行い、ゲインクランプ光利得値がゲインクランプ光利得設定値より大きい場合には、ゲインクランプ光源８の出力を増大させ、反転分布媒質２の反転分布を減少させ、ゲインクランプ光利得を減少させる。また、ゲインクランプ光利得値がゲインクランプ光利得設定値より小さい場合には、ゲインクランプ光源８の出力を減少させ、反転分布媒質２の反転分布を増大させ、ゲインクランプ光利得を増大させる。反転分布媒質２においてゲインクランプ光利得と信号光利得は一致することから、結果的には信号光利得はゲインクランプ光利得設定値に一致することとなる。すなわち、信号光出力は、信号光出力設定値に一致することとなる。

電気回路が追従不可能な高速の入力信号光電力の変化に関しては、ゲインクランプ法により利得の安定化が図られている。従って、本実施例では、バースト信号のような高速の入力信号光電力の変化に対しても、低速成分を多く含む強度変調信号のような低速の入力信号光電力に変化に対しても、信号光出力は、信号光出力設定値と一致し、動作が安定化することとなる。

＜その他の実施例＞
なお、図３のゲインクランプ型光増幅器において、利得演算回路１１の演算結果を入力する利得一定制御回路１２を励起光源７側に接続し、出力ゲインクランプ光電力モニタ１０の出力を受ける出力一定制御回路１４をインクランプ光源８側に接続しても良い。また、図４のゲインクランプ型光増幅器の除算器１８の出力（ゲインクランプ光利得設定値）は、図１および図２の利得一定制御回路１２に入力させても良い。

本発明の第１の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図である。 本発明の第２の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図である。 本発明の第３の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図である。 本発明の第４の実施例のゲインクランプ型光増幅器の概略を示す図である。 従来の利得一定制御（ＡＧＣ）方式の光増幅器の概略を示す図である。 従来の別の例の利得一定制御（ＡＧＣ）方式の光増幅器の概略を示す図である。 従来の出力一定制御（ＡＬＣ）方式の光増幅器の概略を示す図である。 従来の別の例の出力一定制御（ＡＬＣ）方式の光増幅器の概略を示す図である。 従来の自励型ゲインクランプ方式の光増幅器の概略を示す図である。 従来の外部供給型ゲインクランプ方式の光増幅器の概略を示す図である。

Claims (3)

1. 信号光を増幅するための反転分布媒質に対し、ゲインクランプ光源から出力されるゲインクランプ光を定常的に入力することにより、前記ゲインクランプ光と共通増幅される前記信号光の入力光電力変動に対する前記反転分布媒質の利得変動を抑圧するゲインクランプ型光増幅器において、
   前記反転分布媒質における入力ゲインクランプ光電力を測定する入力ゲインクランプ光電力モニタと、前記反転分布媒質における出力ゲインクランプ光電力を測定する出力ゲインクランプ光電力モニタと、制御部とを有し、
   該制御部は、前記出力ゲインクランプ光電力と前記入力ゲインクランプ光電力の比で決まるゲインクランプ光利得がゲインクランプ光利得設定値と一致するよう、前記ゲインクランプ光源の出力光電力又は前記反転分布媒質へのエネルギー供給を制御する、
   ことを特徴とするゲインクランプ型光増幅器。
2. 請求項１に記載のゲインクランプ型光増幅器において、
   前記制御部を、前記ゲインクランプ光利得が前記ゲインクランプ光利得設定値と一致し、かつ、前記出力ゲインクランプ光電力がゲインクランプ光出力設定値と一致するよう、前記ゲインクランプ光源の出力光電力又は前記反転分布媒質へのエネルギー供給を制御する制御部に置き換えた、
   ことを特徴とするゲインクランプ型光増幅器。
3. 請求項１又は２に記載のゲインクランプ型光増幅器において、
   前記ゲインクランプ光利得設定値として、信号光入力測定値の時間平均値にて信号光出力設定値を除した値を用いる、
   ことを特徴とするゲインクランプ型光増幅器。

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