JP2016162875A - 光増幅器 - Google Patents

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史也 上原
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津崎　哲文
Tetsufumi Tsuzaki
哲文 津崎
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Abstract

【課題】増幅対象の信号光をモニタする光検出回路の一部を構成するＰＤの暗電流が増加した場合でも通常時と同等の増幅動作を可能にする光増幅器を提供する。
【解決手段】検知制御部４８０は、ＰＤを含む受光部品４２０から出力される電圧信号の信号成分と、該信号成分に含まれる高周波領域の電圧成分との時間変動量の差に基づいてＰＤの暗電流増加に起因した光検出回路の異常判定を行う。増幅制御部２５０は、この判定結果に基づいて励起光光源２３０に対する駆動電流制御の適切な切り替えが可能になる。
【選択図】図６

Description

本発明は、増幅媒体として光ファイバを含む光増幅器に関するものである。
光通信における長距離伝送では、伝送路伝搬中の損失によって信号光の光量が低下してしまうため、その損失分を補填するよう信号光を増幅中継する必要がある。この中継に用いられる装置として光増幅器が知られている。
光増幅器としては、増幅媒体として希土類光ファイバが適用された光ファイバ増幅器、半導体が適用された半導体光アンプ、光ファイバの誘導ラマン散乱を利用したラマン増幅器などがある。
一般的に、光増幅器において光出力（増幅後の信号光の光量）あるいは増幅利得を制御するためには、出力信号光（増幅後の信号光）、入力信号光（増幅前の信号光）のそれぞれをモニタする必要がある。また、光ファイバの断線に起因する信号光の光量低下および反射された信号光の光量増加、その他異常を検知するためにも、光増幅器における各部の信号光をモニタする種々の光検出回路が利用されている。
例えば、以下の非特許文献１には、光増幅器の一種であるＥｒ添加光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ）の基本的な構成が示されている。具体的にＥＤＦＡは、増幅用伝送媒体であるＥｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ）と、ＥＤＦを励起するための励起光を供給する励起光光源と、励起光と信号光を合波するためのＷＤＭカプラと、増幅された信号光が当該ＥＤＦ内に戻ることによりＥＤＦが発振状態になることを防ぐ光アイソレータと、により構成されている。
上述のようなＥＤＦＡにおいて利得一定制御を行う場合、タップカプラによって取り出された入力信号光および出力信号光の一部を、それぞれフォトダイオード（以下、ＰＤという）によって電気信号に変換し、得られた電気信号間の比較結果を励起光光源の駆動電流制御へフィードバックする。また、上述のようなＥＤＦＡにおいて光出力一定制御を行う場合、タップカプラによって取り出された出力信号光の一部を、ＰＤによって電気信号に順次変換し、順次得られた電気信号同士の比較結果を励起光光源の駆動電流制御へフィードバックする。なお、ＰＤは、受光面に到達した光の光量に応じた電流信号を出力する光電変換素子であり、電気回路上は電流源として考えられる。そのため、受光量に応じた電圧信号を利用する場合には、電流電圧変換回路が必要になる。電流電圧変換回路の最も簡単な例は、ＰＤと抵抗を並列接続することで受光量に応じた電圧信号が得られる。
須藤昭一,「エルビウム添加光ファイバ増幅器」(第１版第2刷), オプトロニクス社, pp.96-98,平成13年4月20日
発明者らは、従来の光増幅器について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、光増幅器では、増幅後の信号光（増幅信号光）の光量あるいは増幅利得を制御するため、さらには、光ファイバの断線、その他異常を検知するため、当該光増幅器における各部の信号光をモニタする種々の光検出回路が用いられるのが一般的である。このような光検出回路では、モニタされるべき信号光の一部を電気信号に変換するＰＤが利用されるが、ＰＤにおける暗電流の増加は当該光検出回路の出力増加（見かけ上の受光量増加）として発現するため、励起光光源に対する駆動電流制御の誤動作の原因となる。
すなわち、従来の光増幅器では、光検出回路の出力増加が信号光の光量増加に起因するものか、または、ＰＤにおける暗電流増加に起因するものかの区別ができないため、光検出回路の故障（ＰＤの故障）に起因した、励起光光源に対する駆動電流制御の誤動作を回避することは困難であった。
上述のように、何らかの原因によりＰＤの暗電流が増加するとＰＤにおける見かけ上の受光量が増加するため、光出力一定制御や利得一定制御を使用する場合、光増幅器内に設けられた光検出回路では以下の状態になると考えられる。
例えば増幅信号光をモニタする増幅信号光検出回路においてＰＤの暗電流が増加（増幅信号光の見かけ上の受光量増加）すると、当該増幅信号光検出回路からの出力も増加する。従来の光増幅器では当該増幅信号光検出回路自体の回路異常（ＰＤの暗電流増加）は検知できないため、励起光光源に対する駆動電流制御では、見かけ上、増幅利得が増加したように判断される。この場合、駆動電流制御は励起光駆動電流を低下させるよう動作するため、増幅信号光の実際の光量は低下してしまう。
増幅前の信号光（入力信号光）をモニタする入力信号光検出回路においてＰＤの暗電流が増加（入力信号光の見かけ上の受光量増加）すると、当該入力信号光検出回路からの出力も増加する。通常、入力信号光のモニタ動作では、入力信号光の光量低下に対して閾値を設けて異常(断線等)を検知する。そのため、当該入力信号光検出回路では、ＰＤの暗電流増加を異常として検知することはできない。
なお、光増幅器の下流側で反射された信号光（反射信号光）をモニタする反射信号光検出回路では、ＰＤの暗電流が増加（反射信号光の見かけ上の受光量増加）した場合、この反射信号光の光量増加に対して閾値を設けて異常(断線等)を検知するため、暗電流増加は異常として検知される。ただし、通常の異常処理では、下流側で断線した場合に当該光増幅器の動作を強制終了させる措置をとる場合があり、ＰＤの暗電流増加に対しても光増幅器の動作が強制終了してしまう可能性がある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、増幅対象の信号光をモニタする種々の光検出回路の一部を構成する、該信号光の一部を受光する光電変換素子の暗電流増加の検知を可能にするための構造を備えた光増幅器を提供することを目的としている。
上述の課題を解決するため、実施形態に係る光増幅器は、信号光が入力される入力端子と、信号光が出力される出力端子と、入力端子と出力端子との間に配置され、信号光が伝搬する伝送路と、伝送路上に配置された光増幅部と、少なくとも光増幅部を制御する増幅制御部と、入力端子と光増幅部で挟まれた伝送路上の区間、および、光増幅部と出力端子とで挟まれた伝送路上の区間の少なくとも何れかの区間に配置された光検出回路と、を備える。また、光増幅部は、信号光を増幅するための増幅用伝送媒体と、増幅用伝送媒体に励起光を供給するための励起光光源と、を有し、増幅制御部は、少なくとも励起光光源を制御する。特に、光検出回路は、変調された信号光の高周波成分を利用して、ＰＤなどの光電変換素子における暗電流増加に起因した当該光検出回路の異常判定を可能にするため、光分岐部品と、受光部品と、抽出部品と、信号成分検出部と、高周波成分検出部と、検知制御部と、を有する。光分岐部品は、信号光の一部を分岐光として伝送路から取り出す。受光部品は、光電変換素子を含み、該光電変換素子により受光された分岐光の光量に応じた電圧信号を出力する。抽出部品は、受光部品から出力される電圧信号から、信号光の電圧成分に含まれる高周波領域の電圧成分を抽出する。信号成分検出部は、受光部品から出力される電圧信号を検出する。高周波成分検出部は、抽出部品から出力される電圧信号を検出する。検知制御部は、信号成分検出部および高周波成分検出部それぞれの検出結果に基づき、少なくとも、受光部品における暗電流増加の有無を検知する。
また、上述のように光検出回路は、入力端子と光増幅部で挟まれた伝送路上の区間、および、光増幅部と出力端子とで挟まれた伝送路上の区間の少なくとも何れかの区間に配置される。したがって、本実施形態では、１またはそれ以上の光検出回路のそれぞれが伝送路の所定位置に配置され得る。例えば、入力端子を介して入力された信号光（入力信号光）の一部を分岐するよう光分岐部品が入力端子と光増幅部で挟まれた伝送路上の区間に配置された構成では、当該光検出回路は入力信号光検出回路として機能する。光増幅部により増幅された信号光（増幅信号光）の一部を分岐するよう光分岐部品が光増幅部と出力端子とで挟まれた伝送路上の区間に配置された構成では、当該光検出回路は増幅信号光検出回路として機能する。さらに、出力端子を介して光増幅部側に戻ってきた信号光（反射信号光）の一部を分岐するよう光分岐部品が光増幅部と出力端子とで挟まれた伝送路上の区間に配置された構成では、当該光検出回路は反射信号光検出回路として機能する。
本実施形態によれば、増幅対象の信号光をモニタする光検出回路において、受光部品から出力される電圧信号の信号成分と、該信号成分に含まれる高周波領域の電圧成分それぞれの時間変動量の差に基づいて、該受光部品に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した回路異常を検知制御部が判定する。増幅制御部は、この判定結果に基づいて励起光光源に対する駆動電流制御の適切な切り替えが可能になるため、当該光検出回路の受光部品に含まれる光電変換素子の暗電流が増加した場合でも通常時と同等な光増幅動作の継続が可能になる。
（ａ）は本実施形態に係る光増幅器の概略構成を示す図であり、（ｂ）は一般的な光検出回路の構成を示す図である。 一般的な光検出回路における受光部品において、暗電流増加に伴う出力電圧の変化を説明するためのグラフである。 一般的な光検出回路における受光部品の出力電圧（電圧モニタ値）の、暗電流増加前後の変化を示すグラフである。 一般的な光検出回路における受光部品の出力電圧について、全信号成分を含む電圧成分および高周波成分のみを含む電圧成分それぞれの、暗電流増加の影響を説明するためのグラフである。 本実施形態に適用可能な種々の光検出回路の基本構成を示す図である。 本実施形態に係る光増幅器の具体的な構成例を示す図である。 図６に示された種々の光検出回路における回路異常の判定動作を説明するためのフローチャートである。 図６に示された増幅信号光検出回路における検知処理の例を説明するためのフローチャートである。 本実施形態の増幅制御の一例として、増幅信号光検出回路における受光部品の出力電圧（電圧モニタ値）の、暗電流増加前後の変化を示すグラフである。 図６に示された入力信号光検出回路における検知処理の例を説明するためのフローチャートである。 図６に示された反射信号光検出回路における検知処理の例を説明するためのフローチャートである。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
（１）本実施形態に係る光増幅器は、信号光が入力される入力端子と、信号光が出力される出力端子と、入力端子と出力端子との間に配置され、信号光が伝搬する伝送路と、伝送路上に配置された光増幅部と、少なくとも光増幅部を制御する増幅制御部と、入力端子と光増幅部で挟まれた伝送路上の区間、および、光増幅部と出力端子とで挟まれた伝送路上の区間の少なくとも何れかの区間に配置された１またはそれ以上の光検出回路と、を備える。光増幅部は、信号光を増幅するための増幅用伝送媒体と、増幅用伝送媒体に励起光を供給するための励起光光源と、を有する。増幅制御部は、増幅制御として、利得一定制御、出力一定制御、駆動電流一定制御などの励起光光源の駆動電流制御を行う。特に、第１の態様として、光検出回路には、種々の光検出回路が適用であり、増幅前の信号光（入力信号光）の光量変化をモニタするための入力信号光検出回路、増幅後の信号光（増幅信号光）の光量変化をモニタするための増幅信号光検出回路、当該光増幅器の下流側で反射された信号光（反射信号光）の光量変化をモニタするための反射信号光検出回路が含まれる。なお、これら各種光検出回路は単独で当該光増幅器に適用されてもよく、また、これら各種光検出回路のうち２種類以上の光検出回路が当該光増幅器に適用されてもよい。また、当該光増幅器に適用される光検出回路は、変調された信号光の高周波成分をモニタすることで、光電変換素子の暗電流増加に起因した当該光検出回路の異常判定を可能にする構造を備える。具体的に光検出回路は、光分岐部品と、受光部品と、抽出部品と、信号成分検出部と、高周波成分検出部と、検知制御部と、を有する。光分岐部品は、信号光の一部を分岐光として伝送路から取り出す。受光部品は、光電変換素子を含み、該光電変換素子により受光された分岐光の光量に応じた電圧信号を出力する。抽出部品は、受光部品から出力される電圧信号から、信号光の電圧成分に含まれる高周波領域の電圧成分を抽出する。なお、本明細書において、「高周波領域」とは、受光部品から出力された電圧信号の周波数領域のうち１ＭＨｚ以上の周波数領域を意味するものとする。信号成分検出部は、受光部品から出力される電圧信号を検出する。信号成分検出部で検出される電圧信号は、直流成分（周波数０ＨｚのＤＣ成分）の一部が含まれればよく、全信号成分の電圧成分を含む必要はない。また、信号成分検出部で検出される電圧信号は、連続した周波数領域の電圧信号である必要もない。高周波成分検出部は、抽出部品から出力される電圧信号を検出する。同様に、高周波成分検出部で検出される電圧信号も、信号光の電圧成分の一部が含まれていればよい。検知制御部は、信号成分検出部および高周波成分検出部それぞれの検出結果に基づき、少なくとも、受光部品に含まれる光電変換素子の暗電流増加の有無（当該光検出回路の回路異常）を検知する。
（２）上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、当該光増幅器に適用される光検出回路が増幅信号光検出回路である場合、当該増幅信号光検出回路は、受光部品に含まれる光電変換素子の異常を検知するため、例えば図７および図８（ａ）に示されたフローチャートに従って検知処理を行う。具体的に増幅信号光検出回路では、光分岐部品が、光増幅部と入力端子で挟まれた伝送路上の区間に配置され、光増幅部から出力端子に向かって出力された増幅信号光の一部を分岐光成分として伝送路から取り出す。検知制御部は、検出結果として受光部品からの電圧信号を増幅制御部へ送信するモニタ処理が行われているが、算出された比Ｔ１が所定の閾値Ｔ１ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ１ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ１ｉｔｈを上回ったことを条件に、光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該増幅信号光検出回路の回路異常と判定し、所定のアラーム処理を行う。
（３）上記第２の態様に適用可能な第３の態様として、増幅信号光検出回路におけるアラーム処理では、当該増幅信号光検出回路の回路異常を知らせるアラーム信号が増幅制御部へ通知される。一方、増幅制御部では、アラーム信号の受信後、励起光光源に対する駆動電流の制御方法が、光出力一定制御または利得一定制御から励起光光源への駆動電流一定制御に切り替えられる。この構成により、増幅信号光検出回路において、受光部品に含まれる光電変換素子の異常によって発生する電圧信号または増幅利得の低下を防ぐことが可能になる。
（４）上記第１〜第３の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第４の態様として、当該光増幅器に適用される光検出回路が入力信号光検出回路である場合、当該入力信号光検出回路は、受光部品に含まれる光電変換素子の異常を検知するため、例えば図７および図１０（ａ）に示されたフローチャートに従って検知処理を行う。具体的に入力信号光検出回路では、光分岐部品が、入力端子と光増幅部で挟まれた伝送路上の区間に配置され、入力端子から光増幅部に向かって伝搬する入力信号光の一部を分岐光成分として伝送路から取り出す。検知制御部は、検出結果として受光部品からの電圧信号を増幅制御部へ送信するモニタ処理が行われているが、算出された比Ｔ２が所定の閾値Ｔ２ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ２ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ２ｉｔｈを上回ったことを条件に、光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該入力信号光検出回路の回路異常と判定し、所定のアラーム処理が行われる。
（５）上記第１〜第４の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第５の態様として、当該光増幅器に適用される光検出回路が反射信号光検出回路である場合、当該反射信号光検出回路は、受光部品に含まれる光電変換素子の異常を検知するため、例えば図７および図１１（ａ）に示されたフローチャートに従って検知処理を行う。具体的に反射信号光検出回路では、光分岐部品が、光増幅部と出力端子で挟まれた伝送路上の区間に配置され、出力端子から光増幅部に向かって伝搬する反射信号光の一部を分岐光成分として伝送路から取り出す。検知制御部は、検出結果として受光部品からの電圧信号の変化を確認するモニタ処理が行われているが、比Ｔ３が所定の閾値Ｔ３ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ３ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ３ｉｔｈを上回ったことを条件に、光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該反射信号光検出回路の回路異常と判定し、アラーム処理を行う。
（６）上記第５の態様に適用可能な第６の態様として、反射信号光検出回路におけるアラーム処理では、当該反射信号光検出回路の回路異常を知らせるアラーム信号が増幅制御部へ通知され、その後、アラーム信号の通知動作が強制的に停止される。このように、反射信号光の高周波成分の時間変動から当該反射信号光検出回路の回路異常を検知した後に増幅制御部へのアラーム信号の通知を解除することで、当該光増幅器のシャットダウンを回避することが可能になる。
（７）上記第１〜第６の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第７の態様として、当該光増幅器に適用される光検出回路が増幅信号光検出回路である場合、図７、図８（ａ）の一部、および図８（ｂ）に示されたフローチャートに従った検知処理を行うことで、受光部品に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した回路異常の発生後もモニタ処理を続行することも可能である。すなわち、当該増幅信号光検出回路において、増幅信号光の電圧成分の真値を算出することで、光電変換素子の暗電流増加に起因した出力異常が発生していない状況と同等の動作（モニタ処理）が可能になる。具体的に検知制御部は、任意時点（例えば１回目の算出動作）で得られた比Ｔ１の値を初期値Ｔ１０として設定した状態で、該初期値Ｔ１０の設定後に算出された比Ｔ１が所定の閾値Ｔ１ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ１ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ１ｉｔｈを上回ったことを条件に、光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該増幅信号光検出回路の回路異常と判定する。その際、モニタ処理において、Ｅ１ｏ（ｔ）から比Ｔ１と初期値Ｔ１０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、信号成分検出部から出力されるべき電圧値の真値Ｅ１ｒ（ｔ）を算出する。
（８）上記第１〜第７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第８の態様として、当該光増幅器に適用される光検出回路が入力信号光検出回路である場合、図７、図１０（ａ）の一部、および図１０（ｂ）に示されたフローチャートに従った検知処理を行うことで、当受光部品に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した回路異常の発生後もモニタ処理を続行することも可能である。すなわち、当該入力信号光検出回路において、入力信号光の電圧成分の真値を算出することで、光電変換素子の暗電流増加に起因した出力異常が発生していない状況と同等の動作（モニタ処理）が可能になる。具体的に検知制御部は、任意時点（例えば１回目の算出動作）で得られた比Ｔ２の値を初期値Ｔ２０として設定した状態で、該初期値Ｔ２０の設定後に算出された比Ｔ２が所定の閾値Ｔ２ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ２ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ２ｉｔｈを上回ったことを条件に、光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該入力信号光検出回路の回路異常と判定する。その際、モニタ処理において、Ｅ２ｏ（ｔ）から比Ｔ２と初期値Ｔ２０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、信号成分検出部から出力されるべき電圧値の真値Ｅ２ｒ（ｔ）を算出する。
（９）上記第１〜第８の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第９の態様として、当該光増幅器に適用される光検出回路が反射信号光検出回路である場合、図７、図１１（ａ）の一部、および図１１（ｂ）に示されたフローチャートに従った検知処理を行うことで、受光部品に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した回路異常の発生後もモニタ処理を続行することも可能である。すなわち、当該反射信号光検出回路において、反射信号光の電圧成分の真値を算出することで、光電変換素子の暗電流増加に起因した出力異常が発生していない状況と同等の動作（モニタ処理）が可能になる。具体的に検知制御部は、任意時点（例えば１回目の算出動作）で得られた比Ｔ３の値を初期値Ｔ３０として設定した状態で、該初期値Ｔ３０の設定後に算出された比Ｔ３が所定の閾値Ｔ３ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ３ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ３ｉｔｈを上回ったことを条件に、光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該反射信号光検出回路の回路異常と判定する。その際、モニタ処理において、Ｅ３ｏ（ｔ）から比Ｔ３と初期値Ｔ３０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、信号成分検出部から出力されるべき電圧値の真値Ｅ３ｒ（ｔ）を算出する。
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る光増幅器の具体な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
図１（ａ）は、本実施形態に係る光増幅器の概略構成を示す図である。図１(a)の光増幅器１は、信号光を取り込むための入力コネクタ（入力端子）１００Ａと、信号光を出力コネクタ（出力端子）１００Ｂと、入力コネクタ１００Ａと出力コネクタ１００Ｂの間に配置された伝送路１００と、伝送路１００上に配置された光増幅部２００と、入力コネクタ１００Ａから光増幅部２００へ向かう光を通過させる一方、光増幅部２００から入力コネクタ１００Ａに向かう光を遮断するアイソレータ３００Ａ、光増幅部２００から出力コネクタ１００Ｂに向かう光を通過させる一方、出力コネクタ１００Ｂから光増幅部２００へ向かう光を遮断するアイソレータ３００Ｂ、光増幅部２００に含まれる励起光光源の駆動電流を制御するための増幅制御部２５０を備える。また、光増幅器１は、増幅制御部２５０の駆動電流制御や、上流側および／または下流側の断線等の異常監視のため、伝送路１００上の各部位における信号光をモニタするための種々の光検出回路を備える。図１（ａ）の例では、伝送路１００上のＡ点には、光増幅部２００により増幅された信号光（増幅信号光）をモニタするための増幅信号光検出回路が配置され、伝送路１００上のＢ点には、入力コネクタ１００Ａから光増幅部２００へ向かう増幅前の信号光（入力信号光）をモニタするための入力信号光検出回路が配置され、伝送路１００上のＣ点には、当該光増幅器１の下流側で反射された信号光であって出力コネクタ１００Ｂから光増幅部２００へ向かう信号光（反射信号光）をモニタするための反射信号光検出回路が配置されている。なお、上述の光検出回路は、目的に応じて、単独で配置されてもよく、また、２種類以上を組み合わせて配置されてもよい。
一般的な光検出回路であれば、例えば図１（ｂ）に示されたように、伝送路１００上の所定箇所における信号光をモニタするため、伝送路１００を伝搬する信号光の一部を取り出すための光分岐部品（カプラ）１１０と、光分岐部品１１０により取り出された分岐光の光量に応じた電流を出力するＰＤと、電流電圧変換回路とを含み、該ＰＤ電圧信号に変換するための受光部品１２０、受光部品１２０からの出力電圧をアナログ信号からディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器１３０（図中、Ａ／Ｄで表す）を備える。なお、受光部品１２０における電流電圧変換回路の最も簡単な例では、ＰＤに対して並列接続された抵抗により実現される。
上述のような一般的な光検出回路が適用された光増幅器では、光電変換素子としてＰＤが利用される。ＰＤは受光量に応じた電流を出力する電流源と考えられ、ＰＤへの入射光量をＰｉｎ（Ｗ）、ＰＤの光電変換効率をη（Ａ／Ｗ）とすると、ＰＤの出力電流Ｉｏｕｔ（Ａ）と入射光量をＰｉｎ（Ｗ）との間には、Ｉｏｕｔ＝Ｐｉｎ・ηという関係が成り立つ。ここで、ＰＤに光が入射されていない場合に生じる電流成分は暗電流と呼ばれ、信号光検出においてはノイズ源となる。
図２には、一般的な光検出回路における受光部品（図１（ａ）の受光部品１２０）において、暗電流増加に伴う出力電圧の変化を説明するためのグラフが示されている。図２（ａ）の上段には、受光部品１２０から出力された電圧信号に含まれる周波数成分の電圧値（全信号成分のパワー）が示されており、図２（ａ）の下段には、１ＭＨｚ以上の高周波成分の電圧値（高周波成分のパワー）が示されている。通常、受光部品１２０に含まれるＰＤの受光量が増加すると、図２（ｂ）に示されたように、全信号成分（図２（ｂ）の上段）、高周波成分(図２（ｂ）の下段）の双方とも、実践で示されたような波形となる。なお、図２（ｂ）中の破線は図２（ａ）の波形を示し、斜線部分は受光量増加に伴うノイズ成分である。また、ＰＤの暗電流が増加した場合、図２（ｃ）に示されたように、受光部品１２０の電圧出力は、全信号成分（図２（ｃ）の上段）、高周波成分(図２（ｃ）の下段）の双方とも、ノイズ成分（斜線部分）が増加する。
特に、増幅信号光検出回路では、図２（ｃ）に示されたようにＰＤの暗電流が増加すると、見かけ上の光量（増幅信号光の光量）が増加することによって見かけ上の増幅利得も増加しているように誤って判断される。そのため、増幅制御によって励起光光源へ供給される駆動電流が低下することで、実際の光出力（増幅後の信号光の光量）は低下してしまう。このような状況を図３に示す。すなわち、図３において、グラフＧ３１０は、受光部品１２０から出力された電圧信号（電圧モニタ値）を示し、ＰＤの暗電流増加のタイミングで電圧モニタ値が増加している。一方、グラフＧ３２０は、実際の増幅信号光の光量に相当する電圧モニタ値であり、ＰＤの暗電流増加のタイミングで駆動電流が低下するため、該電圧モニタ値も低下することになる。
しかしながら、発明者らの知見によれば、ＰＤの暗電流増加による出力電圧の変化量は、図４に示されたように、全信号成分の電圧成分と、高周波成分の電圧成分とでは大きく異なっている。すなわち、図４（ａ）は、全信号成分の電圧成分の時間変化を示し、ＰＤの暗電流増加の前後で電圧モニタ値がＧ１だけ変化している。一方、図４（ｂ）は、高周波数成分の電圧成分の時間変化を示し、ＰＤの暗電流増加の前後で電圧モニタ値がＧ２（＞＞Ｇ１）と大きく変化している。全信号成分の電圧成分は、その大部分が直流成分（周波数０ＨｚのＤＣ成分）で占められている注目すると、全信号成分と高周波成分の時間変化量の比率が、ＰＤの暗電流が増加した場合と受光量が増加した場合とで大きく異なることが分かる。よって、全信号成分と高周波成分の時間変化量の比率をモニタすれば、その比率が一定の値からずれた場合をＰＤの暗電流増加と判断できる。
上述の知見に基づき、本実施形態では、光増幅器１に適用される光検出回路として、図５に示された構造を有する光検出回路が適用される。なお、図５に示された光検出回路は、増幅信号光検出回路、入力信号光検出回路、反射信号光検出回路の何れにも適用可能である。
図５に示された本実施形態の光検出回路は、信号成分検出部１４０、高周波成分の抽出部品であるバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）１５０、Ａ／Ｄ変換器（図中、Ａ／Ｄで表す）１６０、当該光検出回路の回路異常を判定するための検知制御部１８０をさらに備えた点で、図１に示された一般的な光検出回路とは異なる。なお、本実施形態の光検出回路では、信号成分検出部１４０と高周波成分検出部１７０は何れも受光部品１２０の出力電気信号を利用するため、受光部品１２０からの電気信号が入力されるＢＰＦ１５０は、受光部品１２０からＡ／Ｄ変換器１３０までの主配線に対して並列接続される。また、Ａ／Ｄ変換器１３０とＢＰＦ１５０に同レベルの電気信号を供給するためには、受光部品１２０からは受光量に応じた電圧信号が出力される必要がある。そのため、受光部品１２０には、電流源であるＰＤとともに、電流電圧変換回路が含まれる。
信号成分検出部１４０は、受光部品１２０から出力された電圧信号を、Ａ／Ｄ変換器１３０を介して検出する。なお、信号成分検出部１４０で検出される電圧信号は、直流成分（周波数０ＨｚのＤＣ成分）の一部が含まれればよく、全信号成分の電圧成分を含む必要はない。また、信号成分検出部１４０で検出される電圧信号は、連続した周波数領域の電圧信号である必要もない。ＢＰＦ１５０は、受光部品１２０から出力される電圧信号から、信号光の電圧成分に含まれる１ＭＨｚ以上の高周波領域の電圧成分を抽出する。高周波成分検出部１７０は、ＢＰＦ１５０から出力される電圧信号を、Ａ／Ｄ変換器１６０を介して検出する。なお、高周波成分検出部１７０で検出される電圧信号も、信号光の電圧成分の一部が含まれていればよい。検知制御部１８０は、信号成分検出部１４０および高周波成分検出部１７０それぞれの検出結果に基づき、少なくとも、受光部品１２０に含まれるＰＤの暗電流増加の有無（当該光検出回路の回路異常）を検知する。
図６は、本実施形態に係る光増幅器の具体的な構成例を示す図である。すなわち、図６に示された光増幅器１Ａは、信号光を取り込むための入力コネクタ（入力端子）１００Ａと、信号光を出力コネクタ（出力端子）１００Ｂと、入力コネクタ１００Ａと出力コネクタ１００Ｂの間に配置された伝送路１００と、伝送路１００上に配置された光増幅部２００と、入力コネクタ１００Ａから光増幅部２００へ向かう光を通過させる一方、光増幅部２００から入力コネクタ１００Ａに向かう光を遮断するアイソレータ３００Ａ、光増幅部２００から出力コネクタ１００Ｂに向かう光を通過させる一方、出力コネクタ１００Ｂから光増幅部２００へ向かう光を遮断するアイソレータ３００Ｂ、光増幅部２００に含まれる励起光光源の駆動電流を制御するための増幅制御部２５０を備える。また、光増幅器１Ａは、増幅制御部２５０の駆動電流制御や、上流側および／または下流側の断線等の異常監視のため、伝送路１００上の各部位における信号光をモニタする光検出回路として、増幅信号光検出回路４００、入力信号光検出回路５００、反射信号光検出回路６００を備える。
光増幅部２００は、増幅用伝送媒体として例えばＥｒ添加光ファイバなどが適用可能な増幅用光ファイバ２１０と、増幅対象である信号光と励起光とを合波する合波器２２０と、励起光を供給する励起光光源としてＬＤ２３０を備える。増幅制御部２５０は、ＬＤ２３０に供給される駆動電流をＡ／Ｄ変換器２４０（図中、Ａ／Ｄで表される）を介して制御する（増幅制御）。
増幅信号光検出回路４００は、増幅後の信号光（増幅信号光）をモニタするための第１光検出回路であって、光分岐部品（第１光分岐要素）４１０と、ＰＤおよび電流電圧変換回路を含む受光部品（第１受光要素）４２０と、高周波成分を抽出する抽出部品（第１抽出要素）４５０と、Ａ／Ｄ変換器４３０、４６０（図中、Ａ／Ｄで表される）と、信号成分検出部（第１信号成分検出要素）４４０と、高周波成分検出部（第１高周波成分検出要素）４７０と、検知制御部（第１検知制御要素）４８０と、を有する。また、光分岐部品４１０は、光増幅部２００と入力コネクタ１００Ａで挟まれた伝送路１００上の区間に配置され、光増幅部２００から出力コネクタ１００Ｂに向かって出力された増幅信号光の一部を分岐光成分として伝送路１００から取り出す。なお、光分岐部品４１０、受光部品４２０、抽出部品４５０、Ａ／Ｄ変換器４３０、４６０、信号成分検出部４４０、高周波成分検出部４７０、検知制御部４８０のそれぞれは、対応する図５の構成要素と同じ構成および機能を有する。
入力信号光検出回路５００は、入力コネクタ１００Ａから取り込まれた増幅前の信号光（入力信号光）をモニタするための第２光検出回路であって、光分岐部品（第２光分岐要素）５１０と、ＰＤおよび電流電圧変換回路を含む受光部品（第２受光要素）４２０と、抽出部品（第２抽出要素）５５０と、Ａ／Ｄ変換器５３０、５６０（図中、Ａ／Ｄで表される）と、信号成分検出部（第２信号成分検出要素）５４０と、高周波成分検出部（第２高周波成分検出要素）５７０と、検知制御部（第２検知制御要素）５８０と、を有する。また、光分岐部品５１０は、入力コネクタ１００Ａと光増幅部２００で挟まれた伝送路１００上の区間に配置され、入力コネクタ１００Ａから光増幅部２００に向かう入力信号光の一部を分岐光成分として伝送路１００から取り出す。なお、光分岐部品５１０、受光部品５２０、抽出部品５５０、Ａ／Ｄ変換器５３０、５６０、信号成分検出部５４０、高周波成分検出部５７０、検知制御部５８０のそれぞれは、対応する図５の構成要素と同じ構成および機能を有する。
反射信号光検出回路６００は、当該光増幅器１Ａの下流側で反射された信号光（反射信号光）をモニタするための第３光検出回路であって、光分岐部品（第３光分岐要素）６１０と、ＰＤおよび電流電圧変換回路を含む受光部品（第３受光要素）５２０と、抽出部品（第３抽出要素）６５０と、Ａ／Ｄ変換器６３０、６６０（図中、Ａ／Ｄで表される）と、信号成分検出部（第３信号成分検出要素）６４０と、高周波成分検出部（第３高周波成分検出要素）６７０と、検知制御部（第３検知制御要素）６８０と、を有する。また、光分岐部品６１０は、光増幅部２００と出力コネクタ１００Ｂで挟まれた伝送路１００上の区間に配置され、出力コネクタ１００Ｂから光増幅部２００に向かう反射信号光の一部を分岐光成分として伝送路１００から取り出す。なお、光分岐部品６１０、受光部品６２０、抽出部品６５０、Ａ／Ｄ変換器６３０、６６０、信号成分検出部６４０、高周波成分検出部６７０、検知制御部６８０のそれぞれは、対応する図５の構成要素と同じ構成および機能を有する。
また、当該光増幅器１Ａは、共通の制御基板７００を備え、増幅信号光検出回路４００における信号成分検出部４４０、高周波成分検出部４７０および検知制御部４８０と、入力信号光検出回路５００における信号成分検出部５４０、高周波成分検出部５７０および検知制御部５８０と、反射信号光検出回路６００における信号成分検出部６４０、高周波成分検出部６７０および検知制御部６８０とが、この制御基板７００上に構築されている。当該光増幅器１Ａの増幅動作中、増幅信号光検出回路４００の検知制御部４８０からは、増幅信号光の光量情報である検出信号４００Ａと回路異常を通知するアラーム信号４００Ｂが増幅制御部２５０に送信される。入力信号光検出回路５００の検知制御部５８０からは、入力信号光の光量情報である検出信号５００Ａと回路異常を通知するアラーム信号５００Ｂが増幅制御部２５０に送信される。反射信号光検出回路６００の検知制御部６８０からは、当該光増幅器１Ａの下流側の異常（断線等）を通知するアラーム信号６００Ｂが増幅制御部２５０に送信される。
次に、上述の増幅信号光検出回路４００における検知制御部４８０、入力信号光検出回路５００における検知制御部５８０、反射信号光検出回路６００における検知制御部６８０それぞれにおける回路異常の判定動作を図７〜図１１を用いて詳細に説明する。図７は、検知制御部４８０、５８０、６８０のそれぞれに共通する、回路異常の判定動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明において、各パラメータの添え字ｎは検知制御部４８０、５８０、６８０それぞれが個別に取得するパラメータを指示しており、具体的にｎ＝１は検知制御部４８０が取得するパラメータ、ｎ＝２は検知制御部５８０が取得するパラメータ、ｎ＝３は検知制御部６８０が取得するパラメータを指示するものとする。
各検知制御部では、時間管理のためタイマがセットされ（ステップＳＴ７１０）、各光検出回路は、信号成分検出部からに出力された電圧値として、時間ｔ０におけるＥｎｏ（ｔ０）と、高周波成分検出部からで出力された電圧値として、時間ｔ０におけるＥｎｉ（ｔ０）を取得する（ステップＳＴ７２０）。さらに、時間ｔ１において（ステップＳＴ７３０）、各光検出回路は、信号成分検出部からに出力された電圧値として、時間ｔ１におけるＥｎｏ（ｔ１）と、高周波成分検出部からで出力された電圧値として、時間ｔ１におけるＥｎｉ（ｔ１）を取得する（ステップＳＴ７４０）。以上のように信号成分検出部および高周波成分検出部からそれぞれ取得したパラメータを利用して、各検知制御部がＰＤの暗電流増加に起因した回路異常の検知処理を行う（ステップＳＴ７５０）。
図８は、増幅信号光検出回路４００における検知制御部４８０の検知処理（ステップＳＴ７５０）の例を説明するためのフローチャートであり、図８（ａ）は検知制御部４８０の第１検知処理の例、図８（ｂ）は検知制御部４８０の第２検知処理の例を説明するためのフローチャートである。
まず、図８（ａ）の第１検知処理では、既にステップＳＴ７１０〜ステップＳＴ７４０で取得されたパラメータＥ１ｏ（ｔ０）、Ｅ１ｉ（ｔ０）、Ｅ１ｏ（ｔ１）、Ｅ１ｉ（ｔ１）を利用して判定値演算が行われる（ステップＳＴ８１０）。この判定値演算では、時間ｔ０から時間ｔ１までのＥ１ｏ（ｔ）の時間変動ΔＥ１ｏ（＝Ｅ１ｏ（ｔ０）―Ｅ１ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までのＥ１ｉ（ｔ）の時間変動ΔＥ１ｉ（＝Ｅ１ｉ（ｔ０）―Ｅ１ｉ（ｔ１））とするとき、
ΔＥ１ｏ／Ｅ１ｏ（ｔ０）：ΔＥ１ｉ／Ｅ１ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ１
なる式からΔＥ１ｏ／Ｅ１ｏ（ｔ０）とΔＥ１ｉ／Ｅ１ｉ（ｔ０）の比Ｔ１が算出される。そして、算出された比Ｔ１と所定の閾値Ｔ１ｔｈが比較され（ステップＳＴ８２０）、比Ｔ１が閾値Ｔ１ｔｈを上回っている場合には、ΔＥ１ｉの絶対値｜ΔＥ１ｉ｜と所定の閾値ΔＥ１ｉｔｈがさらに比較される（ステップＳＴ８３０）。その結果、絶対値｜ΔＥ１ｉ｜が閾値ΔＥ１ｉｔｈを上回っていた場合、検知制御部４８０は、受光部品４２０におけるＰＤの暗電流増加に起因した、当該増幅信号光検出回路４００の回路異常と判定し、アラーム処理が行われる（ステップＳＴ８５０）。一方、ステップＳＴ８２０およびステップＳＴ８３０の何れかのステップにおいて比Ｔ１または絶対値｜ΔＥ１ｉ｜が閾値以下である場合、増幅制御や断線監視等の通常のモニタ処理が続行される(ステップＳＴ８４０)。なお、ステップＳＴ８４０のモニタ処理では、増幅信号光の光量情報である検出信号４００Ａが、検知制御部４８０から増幅制御部２５０へ送信される。ステップＳＴ８５０のアラーム処理では、検知制御部４８０から増幅制御部２５０に、必要に応じてアラーム信号４００Ｂが通知される。さらに、アラーム信号４００Ｂが通知された増幅制御部２５０では、ＬＤ２３０に対する駆動電流の制御方法が、光出力一定制御または利得一定制御からＬＤ２３０への駆動電流一定制御に切り替えられる。この構成により、増幅信号光検出回路４００において、受光部品４２０に含まれるＰＤの異常によって発生する電圧信号または増幅利得の低下を防ぐことが可能になる。
図９は、上述のような増幅制御部２５０により駆動電流制御方法が切り替えた場合の、受光部品４２０の出力電圧（電圧モニタ値）のグラフである。上述のようにＬＤ２３０に供給される駆動電流が一定なるよう制御された場合、実際の増幅信号光の光量低下は回避される。すなわち、図９において、グラフＧ９１０は、受光部品４２０から出力された電圧信号（電圧モニタ値）を示し、ＰＤの暗電流増加のタイミングで一旦電圧モニタ値は増加するが駆動電流の一定制御により安定する。一方、グラフＧ９２０は、実際の増幅信号光の光量に相当する電圧モニタ値であり、ＰＤの暗電流増加のタイミングで駆動電流が安定するため、該電圧モニタ値も暗電流増加のタイミングで一旦低下するが、時間経過とともに上昇している。
一方、図８（ｂ）の第２検知処理では、判定動作が上述の第１検知処理と異なっている。すなわち、この第２検知処理では、ステップＳＴ８１０の判定値演算により得られた比Ｔ１の、任意時点（ステップＳＴ８６０）で算出された値が初期値Ｔ１０として設定される（ステップＳＴ８７０）。なお、図８（ｂ）の例では、１回目の算出動作で得られた比Ｔ１が初期値Ｔ１０として設定される。また、初期値Ｔ１０の設定後に算出された比Ｔ１が所定の閾値Ｔ１ｔｈと比較され（ステップＳＴ８２０）、比Ｔ１が閾値Ｔ１ｔｈを上回っている場合には、ΔＥ１ｉの絶対値｜ΔＥ１ｉ｜と所定の閾値ΔＥ１ｉｔｈがさらに比較される（ステップＳＴ８３０）。その結果、絶対値｜ΔＥ１ｉ｜が閾値ΔＥ１ｉｔｈを上回っていた場合、検知制御部４８０は、受光部品４２０におけるＰＤの暗電流増加に起因した、当該増幅信号光検出回路４００の回路異常と判定し、真値算出が行われる（ステップＳＴ８８０）。このステップＳＴ８８０では、Ｅ１ｏ（ｔ）から比Ｔ１と初期値Ｔ１０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、信号成分検出部４４０から出力されるべき電圧値の真値Ｅ１ｒ（ｔ）が算出される。一方、ステップＳＴ８２０およびステップＳＴ８３０の何れかのステップにおいて比Ｔ１または絶対値｜ΔＥ１ｉ｜が閾値以下である場合、増幅制御や断線監視等の通常のモニタ処理が続行される(ステップＳＴ８４０)。また、ステップＳＴ８５０のアラーム処理では、アラーム信号４００Ｂとともに、検出信号４００Ａとして、ステップＳＴ８８０で算出された真値Ｅ１ｒ（ｔ）が、増幅制御部２５０に通知される。
図１０は、入力信号光検出回路５００における検知制御部５８０の検知処理（ステップＳＴ７５０）の例を説明するためのフローチャートであり、図１０（ａ）は検知制御部５８０の第１検知処理の例、図１０（ｂ）は検知制御部５８０の第２検知処理の例を説明するためのフローチャートである。
まず、図１０（ａ）の第１検知処理では、既にステップＳＴ７１０〜ステップＳＴ７４０で取得されたパラメータＥ２ｏ（ｔ０）、Ｅ２ｉ（ｔ０）、Ｅ２ｏ（ｔ１）、Ｅ２ｉ（ｔ１）を利用して判定値演算が行われる（ステップＳＴ１０１０）。この判定値演算では、時間ｔ０から時間ｔ１までのＥ２ｏ（ｔ）の時間変動ΔＥ２ｏ（＝Ｅ２ｏ（ｔ０）―Ｅ２ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までのＥ２ｉ（ｔ）の時間変動ΔＥ２ｉ（＝Ｅ２ｉ（ｔ０）―Ｅ２ｉ（ｔ１））とするとき、
ΔＥ２ｏ／Ｅ２ｏ（ｔ０）：ΔＥ２ｉ／Ｅ２ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ２
なる式からΔＥ２ｏ／Ｅ２ｏ（ｔ０）とΔＥ２ｉ／Ｅ２ｉ（ｔ０）の比Ｔ２が算出される。そして、算出された比Ｔ２と所定の閾値Ｔ２ｔｈが比較され（ステップＳＴ１０２０）、比Ｔ２が閾値Ｔ２ｔｈを上回っている場合には、ΔＥ２ｉの絶対値｜ΔＥ２ｉ｜と所定の閾値ΔＥ２ｉｔｈがさらに比較される（ステップＳＴ１０３０）。その結果、絶対値｜ΔＥ２ｉ｜が閾値ΔＥ２ｉｔｈを上回っていた場合、検知制御部５８０は、受光部品５２０におけるＰＤの暗電流増加に起因した、当該入力信号光検出回路５００の回路異常と判定し、アラーム処理が行われる（ステップＳＴ１０５０）。一方、ステップＳＴ１０２０およびステップＳＴ１０３０の何れかのステップにおいて比Ｔ２または絶対値｜ΔＥ２ｉ｜が閾値以下である場合、増幅制御や断線監視等の通常のモニタ処理が続行される(ステップＳＴ１０４０)。なお、ステップＳＴ１０４０のモニタ処理では、増幅信号光の光量情報である検出信号５００Ａが、検知制御部５８０から増幅制御部２５０へ送信される。ステップＳＴ１０５０のアラーム処理では、検知制御部５８０から増幅制御部２５０に、必要に応じてアラーム信号５００Ｂが通知される。
一方、図１０（ｂ）の第２検知処理では、判定動作が上述の第１検知処理と異なっている。すなわち、この第２検知処理では、ステップＳＴ１０１０の判定値演算により得られた比Ｔ２の、任意時点（ステップＳＴ１０６０）で算出された値が初期値Ｔ２０として設定される（ステップＳＴ１０７０）。なお、図１０（ｂ）の例では、１回目の算出動作で得られた比Ｔ２が初期値Ｔ２０として設定される。また、初期値Ｔ２０の設定後に算出された比Ｔ２が所定の閾値Ｔ２ｔｈと比較され（ステップＳＴ１０２０）、比Ｔ２が閾値Ｔ２ｔｈを上回っている場合には、ΔＥ２ｉの絶対値｜ΔＥ２ｉ｜と所定の閾値ΔＥ２ｉｔｈがさらに比較される（ステップＳＴ１０３０）。その結果、絶対値｜ΔＥ２ｉ｜が閾値ΔＥ２ｉｔｈを上回っていた場合、検知制御部５８０は、受光部品５２０におけるＰＤの暗電流増加に起因した、当該入力信号光検出回路５００の回路異常と判定し、真値算出が行われる（ステップＳＴ１０８０）。このステップＳＴ１０８０では、Ｅ２ｏ（ｔ）から比Ｔ２と初期値Ｔ２０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、信号成分検出部５４０から出力されるべき電圧値の真値Ｅ２ｒ（ｔ）が算出される。一方、ステップＳＴ１０２０およびステップＳＴ１０３０の何れかのステップにおいて比Ｔ２または絶対値｜ΔＥ２ｉ｜が閾値以下である場合、増幅制御や断線監視等の通常のモニタ処理が続行される(ステップＳＴ１０４０)。また、ステップＳＴ１０５０のアラーム処理では、アラーム信号５００Ｂとともに、検出信号５００Ａとして、ステップＳＴ１０８０で算出された真値Ｅ２ｒ（ｔ）が、増幅制御部２５０に通知される。
図１１は、反射信号光検出回路６００における検知制御部６８０の検知処理（ステップＳＴ７５０）の例を説明するためのフローチャートであり、図１１（ａ）は検知制御部６８０の第１検知処理の例、図１１（ｂ）は検知制御部６８０の第２検知処理の例を説明するためのフローチャートである。
まず、図１１（ａ）の第１検知処理では、既にステップＳＴ７１０〜ステップＳＴ７４０で取得されたパラメータＥ３ｏ（ｔ０）、Ｅ３ｉ（ｔ０）、Ｅ３ｏ（ｔ１）、Ｅ３ｉ（ｔ１）を利用して判定値演算が行われる（ステップＳＴ１１１０）。この判定値演算では、時間ｔ０から時間ｔ１までのＥ３ｏ（ｔ）の時間変動ΔＥ３ｏ（＝Ｅ３ｏ（ｔ０）―Ｅ３ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までのＥ３ｉ（ｔ）の時間変動ΔＥ３ｉ（＝Ｅ３ｉ（ｔ０）―Ｅ３ｉ（ｔ１））とするとき、
ΔＥ３ｏ／Ｅ３ｏ（ｔ０）：ΔＥ３ｉ／Ｅ３ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ３
なる式からΔＥ３ｏ／Ｅ３ｏ（ｔ０）とΔＥ３ｉ／Ｅ３ｉ（ｔ０）の比Ｔ３が算出される。そして、算出された比Ｔ３と所定の閾値Ｔ３ｔｈが比較され（ステップＳＴ１１２０）、比Ｔ３が閾値Ｔ３ｔｈを上回っている場合には、ΔＥ３ｉの絶対値｜ΔＥ３ｉ｜と所定の閾値ΔＥ３ｉｔｈがさらに比較される（ステップＳＴ１１３０）。その結果、絶対値｜ΔＥ３ｉ｜が閾値ΔＥ３ｉｔｈを上回っていた場合、検知制御部６８０は、受光部品６２０におけるＰＤの暗電流増加に起因した、当該反射信号光検出回路６００の回路異常と判定し、アラーム処理が行われる（ステップＳＴ１１４０）。一方、ステップＳＴ１１２０およびステップＳＴ１１３０の何れかのステップＳＴ１１４０のアラーム処理は行われない。なお、ステップＳＴ１０４０のアラーム処理では、検知制御部６８０から増幅制御部２５０に、アラーム信号６００Ｂが通知される。その後、当該反射信号光検出回路６００では、アラーム信号６００Ｂの通知動作が強制的に停止される。このように、反射信号光の高周波成分の時間変動から当該反射信号光検出回路６００の回路異常を検知した後に増幅制御部２５０へのアラーム信号６００Ｂの通知を解除することで、当該光増幅器１Ａのシャットダウンを回避することが可能になる。
一方、図１１（ｂ）の第２検知処理では、判定動作が上述の第１検知処理と異なっている。すなわち、この第２検知処理では、ステップＳＴ１１１０の判定値演算により得られた比Ｔ３の、任意時点（ステップＳＴ１１６０）で算出された値が初期値Ｔ３０として設定される（ステップＳＴ１１７０）。なお、図１１（ｂ）の例では、１回目の算出動作で得られた比Ｔ３が初期値Ｔ３０として設定される。また、初期値Ｔ３０の設定後に算出された比Ｔ３が所定の閾値Ｔ３ｔｈと比較され（ステップＳＴ１１２０）、比Ｔ３が閾値Ｔ３ｔｈを上回っている場合には、ΔＥ３ｉの絶対値｜ΔＥ３ｉ｜と所定の閾値ΔＥ３ｉｔｈがさらに比較される（ステップＳＴ１１３０）。その結果、絶対値｜ΔＥ３ｉ｜が閾値ΔＥ３ｉｔｈを上回っていた場合、検知制御部６８０は、受光部品６２０におけるＰＤの暗電流増加に起因した、当該反射信号光検出回路６００の回路異常と判定し、真値算出が行われる（ステップＳＴ１１８０）。このステップＳＴ１１８０では、Ｅ３ｏ（ｔ）から比Ｔ３と初期値Ｔ３０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、信号成分検出部６４０から出力されるべき電圧値の真値Ｅ３ｒ（ｔ）が算出される。ステップＳＴ１１４０のアラーム処理では、アラーム信号６００Ｂが、増幅制御部２５０に通知される。なお、このアラーム処理において、算出された真値Ｅ１ｒ（ｔ）が増幅制御部２５０に通知されてもよい。
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
１、１Ａ…光増幅器、１００…伝送路、１００Ａ…入力コネクタ（入力端子）、１００Ｂ…出力コネクタ（出力端子）、２００…光増幅部、２５０…増幅制御部、４００…増幅信号光検出回路（第１光検出回路）、５００…入力信号光検出回路（第２光検出回路）、６００…反射信号光検出回路（第３光検出回路）、４１０、５１０、６１０…光分岐部品、４２０、５２０、６２０…受光部品（ＰＤと電流電圧変換回路を含む）、４４０、５４０、６４０…信号成分検出部、４５０、５５０、６５０…抽出部品、４７０、５７０、６７０…高周波成分検出部、４８０、５８０、６８０…検知制御部。

Claims (9)

  1. 信号光が入力される入力端子と、
    前記信号光が出力される出力端子と、
    前記入力端子と前記出力端子との間に配置され、前記信号光が伝搬する伝送路と、
    前記伝送路上に配置されるとともに、前記信号光を増幅するための増幅用伝送媒体と、前記増幅用伝送媒体に励起光を供給するための励起光光源と、を有する光増幅部と、
    少なくとも前記励起光光源を制御するための増幅制御部と、
    前記入力端子と前記光増幅部で挟まれた前記伝送路上の区間、および、前記光増幅部と前記出力端子とで挟まれた前記伝送路上の区間の少なくとも何れかの区間に配置された光検出回路と、を備えた光増幅器であって、
    前記光検出回路は、
    前記信号光の一部を分岐光として前記伝送路から取り出すための光分岐部品と、
    光電変換素子を含み、前記光電変換素子により受光された前記分岐光の光量に応じた電圧信号を出力するための受光部品と、
    前記受光部品から出力される電圧信号から、前記信号光の電圧成分に含まれる高周波領域の電圧成分を抽出する抽出部品と、
    前記受光部品から出力される電圧信号を検出する信号成分検出部と、
    前記抽出部品から出力される電圧信号を検出する高周波成分検出部と、
    前記信号成分検出部および前記高周波成分検出部それぞれの検出結果に基づき、少なくとも、前記受光部品に含まれる前記光電変換素子の暗電流増加の有無を検知するための検知制御部と、を有することを特徴とする光増幅器。
  2. 前記光検出回路は、前記光分岐部品として機能する第１光分岐要素と、受光部品として機能する第１受光要素と、前記抽出部品として機能する第１抽出要素と、前記信号成分検出部として機能する第１信号成分検出要素と、前記高周波成分検出部として機能する第１高周波成分検出要素と、前記検知制御部として機能する第１検知制御要素と、を有する第１光検出回路を含み、
    前記第１光分岐要素は、前記光増幅部と前記入力端子で挟まれた前記伝送路上の区間に配置され、前記光増幅部から前記出力端子に向かって出力された増幅信号光の一部を分岐光成分として前記伝送路から取り出し、
    前記第１信号成分検出要素から出力された電圧値をＥ１ｏ（ｔ）、前記第１高周波成分検出要素から出力された電圧値をＥ１ｉ（ｔ）、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ１ｏ（ｔ）の時間変動をΔＥ１ｏ（＝Ｅ１ｏ（ｔ０）―Ｅ１ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ１ｉ（ｔ）の時間変動をΔＥ１ｉ（＝Ｅ１ｉ（ｔ０）―Ｅ１ｉ（ｔ１））とするとき、前記第１検知制御要素は、
    ΔＥ１ｏ／Ｅ１ｏ（ｔ０）：ΔＥ１ｉ／Ｅ１ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ１
    なる式からΔＥ１ｏ／Ｅ１ｏ（ｔ０）とΔＥ１ｉ／Ｅ１ｉ（ｔ０）の比Ｔ１を算出し、算出された前記比Ｔ１が所定の閾値Ｔ１ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ１ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ１ｉｔｈを上回ったことを条件に、前記第１受光要素に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該第１光検出回路の回路異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  3. 前記第１光検出回路の前記第１検知制御要素は、当該第１光検出回路の回路異常を知らせるアラーム信号を前記増幅制御部へ通知し、
    前記増幅制御部は、前記第１光検出回路からのアラーム信号を受信した後、前記励起光光源に対する駆動電流の制御方法を、光出力一定制御または利得一定制御から前記励起光光源への駆動電流一定制御に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
  4. 前記光検出回路は、前記光分岐部品として機能する第２光分岐要素と、受光部品として機能する第２受光要素と、前記抽出部品として機能する第２抽出要素と、前記信号成分検出部として機能する第２信号成分検出要素と、前記高周波成分検出部として機能する第２高周波成分検出要素と、前記検知制御部として機能する第２検知制御要素と、を有する第２光検出回路を含み、
    前記第２光分岐要素は、前記入力端子と前記光増幅部で挟まれた前記伝送路上の区間に配置され、前記入力端子から前記光増幅部に向かって伝搬する入力信号光の一部を分岐光成分として前記伝送路から取り出し、
    前記第２信号成分検出要素から出力された電圧値をＥ２ｏ（ｔ）、前記第２高周波成分検出要素から出力された電圧値をＥ２ｉ（ｔ）、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ２ｏ（ｔ）の時間変動をΔＥ２ｏ（＝Ｅ２ｏ（ｔ０）―Ｅ２ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ２ｉ（ｔ）の時間変動をΔＥ２ｉ（＝Ｅ２ｉ（ｔ０）―Ｅ２ｉ（ｔ１））とするとき、前記第２検知制御要素は、
    ΔＥ２ｏ／Ｅ２ｏ（ｔ０）：ΔＥ２ｉ／Ｅ２ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ２
    なる式からΔＥ２ｏ／Ｅ２ｏ（ｔ０）とΔＥ２ｉ／Ｅ２ｉ（ｔ０）の比Ｔ２を算出し、算出された前記比Ｔ２が所定の閾値Ｔ２ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ２ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ２ｉｔｈを上回ったことを条件に、前記第２受光要素に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該第２光検出回路の回路異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  5. 前記光検出回路は、前記光分岐部品として機能する第３光分岐要素と、受光部品として機能する第３受光要素と、前記抽出部品として機能する第３抽出要素と、前記信号成分検出部として機能する第３信号成分検出要素と、前記高周波成分検出部として機能する第３高周波成分検出要素と、前記検知制御部として機能する第３検知制御要素と、を有する第３光検出回路を含み、
    前記第３光分岐要素は、前記光増幅部と前記出力端子で挟まれた前記伝送路上の区間に配置され、前記出力端子から前記光増幅部に向かって伝搬する反射信号光の一部を分岐光成分として前記伝送路から取り出し、
    前記第３信号成分検出要素から出力された電圧値をＥ３ｏ（ｔ）、前記第３高周波成分検出要素から出力された電圧値をＥ３ｉ（ｔ）、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ３ｏ（ｔ）の時間変動をΔＥ３ｏ（＝Ｅ３ｏ（ｔ０）―Ｅ３ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ３ｉ（ｔ）の時間変動をΔＥ３ｉ（＝Ｅ３ｉ（ｔ０）―Ｅ３ｉ（ｔ１））とするとき、前記第３検知制御要素は、
    ΔＥ３ｏ／Ｅ３ｏ（ｔ０）：ΔＥ３ｉ／Ｅ３ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ３
    なる式からΔＥ３ｏ／Ｅ３ｏ（ｔ０）とΔＥ３ｉ／Ｅ３ｉ（ｔ０）の比Ｔ３を算出し、算出された前記比Ｔ３が所定の閾値Ｔ３ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ３ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ３ｉｔｈを上回ったことを条件に、前記第３受光要素に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該第３光検出回路の回路異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  6. 前記第３光検出回路の前記第３検知制御要素は、当該第３光検出回路の回路異常を知らせるアラーム信号を前記増幅制御部へ通知した後、前記アラーム信号の通知動作を強制的に停止することを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
  7. 前記光検出回路は、前記光分岐部品として機能する第１光分岐要素と、受光部品として機能する第１受光要素と、前記抽出部品として機能する第１抽出要素と、前記信号成分検出部として機能する第１信号成分検出要素と、前記高周波成分検出部として機能する第１高周波成分検出要素と、前記検知制御部として機能する第１検知制御要素と、を有する第１光検出回路を含み、
    前記第１光分岐要素は、前記光増幅部と前記入力端子で挟まれた前記伝送路上の区間に配置され、前記光増幅部から前記出力端子に向かって出力された増幅信号光の一部を分岐光成分として前記伝送路から取り出し、
    前記第１信号成分検出要素から出力された電圧値をＥ１ｏ（ｔ）、前記第１高周波成分検出要素から出力された電圧値をＥ１ｉ（ｔ）、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ１ｏ（ｔ）の時間変動をΔＥ１ｏ（＝Ｅ１ｏ（ｔ０）―Ｅ１ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ１ｉ（ｔ）の時間変動をΔＥ１ｉ（＝Ｅ１ｉ（ｔ０）―Ｅ１ｉ（ｔ１））とするとき、前記第１検知制御要素は、
    ΔＥ１ｏ／Ｅ１ｏ（ｔ０）：ΔＥ１ｉ／Ｅ１ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ１
    なる式で表される、ΔＥ１ｏ／Ｅ１ｏ（ｔ０）とΔＥ１ｉ／Ｅ１ｉ（ｔ０）の比Ｔ１の、任意時点で算出された値を初期値Ｔ１０として設定した状態で、前記初期値Ｔ１０の設定後に算出された前記比Ｔ１が所定の閾値Ｔ１ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ１ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ１ｉｔｈを上回ったことを条件に、前記第１受光要素に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該第１光検出回路の回路異常と判定し、前記Ｅ１ｏ（ｔ）から前記比Ｔ１と前記初期値Ｔ１０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、前記第１信号成分検出要素から出力されるべき電圧値の真値Ｅ１ｒ（ｔ）を算出することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  8. 前記光検出回路は、前記光分岐部品として機能する第２光分岐要素と、受光部品として機能する第２受光要素と、前記抽出部品として機能する第２抽出要素と、前記信号成分検出部として機能する第２信号成分検出要素と、前記高周波成分検出部として機能する第２高周波成分検出要素と、前記検知制御部として機能する第２検知制御要素と、を有する第２光検出回路を含み、
    前記第２光分岐要素は、前記入力端子と前記光増幅部で挟まれた前記伝送路上の区間に配置され、前記入力端子から前記光増幅部に向かって伝搬する入力信号光の一部を分岐光成分として前記伝送路から取り出し、
    前記第２信号成分検出要素から出力された電圧値をＥ２ｏ（ｔ）、前記第２高周波成分検出要素から出力された電圧値をＥ２ｉ（ｔ）、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ２ｏ（ｔ）の時間変動をΔＥ２ｏ（＝Ｅ２ｏ（ｔ０）―Ｅ２ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ２ｉ（ｔ）の時間変動をΔＥ２ｉ（＝Ｅ２ｉ（ｔ０）―Ｅ２ｉ（ｔ１））とするとき、前記第２検知制御要素は、
    ΔＥ２ｏ／Ｅ２ｏ（ｔ０）：ΔＥ２ｉ／Ｅ２ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ２
    なる式で表される、ΔＥ２ｏ／Ｅ２ｏ（ｔ０）とΔＥ２ｉ／Ｅ２ｉ（ｔ０）の比Ｔ２の、任意時点で算出された値を初期値Ｔ２０として設定した状態で、前記初期値Ｔ２０の設定後に算出された前記比Ｔ２が所定の閾値Ｔ２ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ２ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ２ｉｔｈを上回ったことを条件に、前記第２受光要素に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該第２光検出回路の回路異常と判定し、前記Ｅ２ｏ（ｔ）から前記比Ｔ２と前記初期値Ｔ２０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、前記第２信号成分検出要素から出力されるべき電圧値の真値Ｅ２ｒ（ｔ）を算出することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  9. 前記光検出回路は、前記光分岐部品として機能する第３光分岐要素と、受光部品として機能する第３受光要素と、前記抽出部品として機能する第３抽出要素と、前記信号成分検出部として機能する第３信号成分検出要素と、前記高周波成分検出部として機能する第３高周波成分検出要素と、前記検知制御部として機能する第３検知制御要素と、を有する第３光検出回路を含み、
    前記第３光分岐要素は、前記光増幅部と前記出力端子で挟まれた前記伝送路上の区間に配置され、前記出力端子から前記光増幅部に向かって伝搬する反射信号光の一部を分岐光成分として前記伝送路から取り出し、
    前記第３信号成分検出要素から出力された電圧値をＥ３ｏ（ｔ）、前記第３高周波成分検出要素から出力された電圧値をＥ３ｉ（ｔ）、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ３ｏ（ｔ）の時間変動をΔＥ３ｏ（＝Ｅ３ｏ（ｔ０）―Ｅ３ｏ（ｔ１））、時間ｔ０から時間ｔ１までの前記Ｅ３ｉ（ｔ）の時間変動をΔＥ３ｉ（＝Ｅ３ｉ（ｔ０）―Ｅ３ｉ（ｔ１））とするとき、前記第３検知制御要素は、
    ΔＥ３ｏ／Ｅ３ｏ（ｔ０）：ΔＥ３ｉ／Ｅ３ｉ（ｔ０）＝１：Ｔ３
    なる式で表される、ΔＥ３ｏ／Ｅ３ｏ（ｔ０）とΔＥ３ｉ／Ｅ３ｉ（ｔ０）の比Ｔ３の、任意時点で算出される値を初期値Ｔ３０として設定した状態で、前記初期値Ｔ３０の設定後に算出された前記比Ｔ３が所定の閾値Ｔ３ｔｈを上回り、かつ、ΔＥ３ｉの絶対値が所定の閾値ΔＥ３ｉｔｈを上回ったことを条件に、前記第３受光要素に含まれる光電変換素子の暗電流増加に起因した、当該第３光検出回路の回路異常と判定し、前記Ｅ３ｏ（ｔ）から前記比Ｔ３と前記初期値Ｔ３０に基づいて算出された雑音成分の電圧値を取り除くことにより、前記第３信号成分検出要素から出力されるべき電圧値の真値Ｅ３ｒ（ｔ）を算出することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
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