JP3628206B2 - 光ファイバー増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は増幅用光ファイバーを利用して信号光を直接増幅する光ファイバー増幅器における出力信号光レベルが一定になるように出力一定制御（ＡＬＣ）の制御方式の光ファイバー増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来技術（特開平７−２０２３０３号公報参照）の光ファイバー増幅器の一例である。
【０００３】
入力光は光合波器３１、光増幅用ファイバーであるＥＤＦ（エルビウム・ドープド・ファイバー）３２、光分岐器３３を経由して出力される。一方、励起用半導体レーザー４１の出力は光合波器３１を経由してＥＤＦ３２に導かれ、入力光を励起し、入力光を増幅する。光分岐器３３は、出力光をモニターするために数％分岐するものであり、ホトダイオード３４とトランスインピーダンスアンプ３５に接続されて、電気信号に変換される。電気信号に変換された出力は誤差回路３６で出力設定値と比較され、誤差信号は利得制御部３７、位相進み要素３８、積分器３９、駆動回路４０を介して励起用半導体レーザー４１を制御する。
【０００４】
入力光が増幅される度合いは、入力信号光の波長、光量レベル（光パワー）、励起用半導体レーザーのパワー（励起パワー）などによって決まるが、ここでは励起パワーを制御して、出力信号光のパワーを一定に制御する方式を採用している。これは一般的なＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）制御方式と呼ばれている。
【０００５】
また本出願人はＡＬＣ制御方式にさらにフィードフォワード補償する方式を既に提案している（特願平８−２８７００２号参照）が、具体的な詳細構造までは提案がなされていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の光ファイバー増幅器のＡＬＣ機能では、過渡的な入力光の変化があった場合に、高速に追従することができなかった。
【０００７】
高速ＡＬＣが必要な背景としては、光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を用いたゲートスイッチ（１９９８年電通学界通信ソサイアティ大会 Ｂ１０−８８）の提案の中でも述べられている。ＥＤＦＡのゲートスイッチは、光ＡＤＭ（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）の中で信号光の分岐挿入・光増幅・光レベル調整を行うものであり、ゲートスイッチに要求される応答速度としては数ｍｓｅｃ以下であることが述べられている。
【０００８】
従来のＥＤＦＡゲートスイッチでは応答速度２ｍｓｅｃが達成されており、さらに応答速度を短縮できればスイッチ時間を短縮できる。またパケット通信等のバースト信号を扱う光通信にも利用できる可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、過渡的な入力光の変化があっても出力を一定に保つ高速なＡＬＣ機能を持つ光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を提供する事を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバー増幅器の入力信号光を検出する入力信号光検出手段と出力信号光を検出する出力信号光検出手段とを有し、出力信号光検出手段と予め設定した目標値との差に基づいて上記励起用半導体レーザーの励起光量を制御するようにフィードバックするＡＬＣループを構成し、さらに入力信号光検出手段の出力値を入力光量に逆比例する特性を有するフィードフォワード補償器を通して、前記励起用半導体レーザーの駆動信号に加算するフィードフォワード制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１に示す。
【００１２】
入力信号光１は光分岐器２、光合波器３、増幅用光ファイバーであるＥＤＦ ４、光分岐器５を経由して出力信号光６として出力される。一方、励起用半導体レーザー１４の出力は光合波器３、を経由してＥＤＦ４に導かれ、入力信号光１を励起し、入力信号光１は増幅されて出力信号光６となる。
【００１３】
入力信号光１が増幅される度合いは、入力信号光１の波長、光量レベル（光パワー）、励起用半導体レーザー１４のパワー（励起パワー）などによって決まるが、ここでは励起パワーを制御して出力信号光６のパワーを制御しており、その具体的な構成は以下の通りである。
【００１４】
光分岐器２及び光分岐器５は入力信号光１、出力信号光６をモニターするためにそれぞれ４％分岐するものであり、それぞれの出力は、それぞれ入力光モニター１５、出力光モニター７に接続されて、信号光のトータルパワーが検出され電気信号に変換される。電気信号に変換された出力光モニター７の出力は予め設定された目標値９と比較器８で比較され、その誤差信号は位相補償器１０、レーザー駆動回路１３を介して励起用半導体レーザー１４を制御する。
【００１５】
このように構成することで出力信号光６のレベルが一定になるように制御している。位相補償器１０は出力光モニター７からのフィードバックループを安定化させる為に使用していて、特に低周波領域のループゲインを確保し、応答速度としては約２ｍｓｅｃ以下が可能である。
【００１６】
さらに本発明では、入力光モニター１５からの出力値をフィードフォワード補償器Ｆ（ｓ） １７を介して、加算器１０で励起用半導体レーザー１４の駆動信号に加算するフィードフォワード補償を行い、応答速度を改善している。
【００１７】
しかも、このフィードフォワード補償器Ｆ（ｓ） １７は、入力信号光１の増加に伴って出力が減少するような特性を持っており、さらに好ましくは、入力信号光１の増加に連れて出力の減少する度合いが大きくなるような非線形特性を有している。これは、ＡＬＣ時における、入力信号光１のレベルと励起用半導体レーザー１４の駆動電流との間には逆比例の関係があり、しかも入力信号光１のレベルが大きくなると飽和状態になる非線形な関係があるため、予めこの特性に応じたフィードフォワード補償を行うようにしたものである。
【００１８】
さらに、フィードフォワード補償器Ｆ（ｓ） １７はＥＤＦ４を前方から励起した場合の増幅利得の逆過渡特性を模擬した構成とし、高周波成分のノイズを増幅しないようなローパスフィルタとする低域通過型擬似逆システムとすることが好ましい。逆システムとは出力値から入力値を逆算する系であり、Ｇ（ｓ） ・Ｆ（ｓ） ＝１になるような系である（ただしＧ（ｓ） はＥＤＦの増幅利得周波数特性、Ｆ（ｓ） は逆システム）。低域通過型とは前述したようなローパスフィルタが含まれているからであり、低域通過型擬似逆システムは逆システムを近似した一種のものなので近似逆システムである。
【００１９】
ＥＤＦ４の増幅利得の周波数特性は一次遅れで近似すると、Ｆ（ｓ）は
(1+T1s ) / (1+T2s ）
の特性で表される。ただし、T1>T2 、s は周波数を示し、T1はＥＤＦ４の増幅利得の動特性を一次遅れで近似した時定数、T2はローパスフィルタの時定数である。なお補償器としては−１を乗じて負の特性とするため、−Ｆ（ｓ）を用いている。
【００２０】
また入力レベル検出回路１６で入力信号光１のレベルがある値以上になった場合だけ、上記フィードバックループやフィードフォワード補償の機能が動作するようにスイッチ１２を制御（オン／オフ）している。
【００２１】
図２は、ＡＬＣ時の入力信号光１のレベルを変化させた場合の、励起用半導体レーザー１４の駆動電流の関係を示したものである。ＡＬＣ動作時にはレーザー駆動電流は入力信号光１のレベルと部分的に逆比例関係にある。また入力信号光１のレベルが大きくなると飽和状態になる非線形な特性を有することがわかる。従ってフィードフォワード補償器１７は、上述したようにこれらの特性を考慮した構成としてある。
【００２２】
このようにしてあることによって、信号光レベルの急激な変動があっても、高速で出力信号光レベルが所望の一定の値になる光ファイバー増幅器を構成することができる。また図示はしていないが、スイッチ１２をオンしたときの励起用半導体レーザー１４が最大値で発光するようにレーザー駆動回路１３の初期値を工夫しても応答速度は改善されると思われる。
【００２３】
図３は実施例の場合の応答速度を説明するものである。入力信号レベルがステップ状に変化した場合の出力信号レベルの過渡応答を示しており、従来の光ファイバー増幅器では２ｍｓｅｃ程で定常状態に達成しているが、本発明の光ファイバー増幅器では、従来例にくらべ高速応答が可能になることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、励起用半導体レーザーをフィードフォワード制御することによって、高速にＡＬＣを動作させる光ファイバー増幅器とできるため、ＯＡＤＭのＥＤＦＡゲートとして使用可能になり、またさらに光信号の分岐挿入回路のスイッチング速度を従来よりも速められる効果がある。
【００２５】
またパケット通信等のバースト信号を用いる場合でも利用可能な極めて高速で安定したＡＬＣ機能を有する光ファイバー増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバー増幅器を示す構成図である。
【図２】ＡＬＣ時における入力信号光レベルとレーザー駆動電流の関係を示すグラフである。
【図３】本発明及び従来例の光ファイバー増幅器における、ＡＬＣ作動状態を示すチャート図である。
【図４】従来の光ファイバー増幅器を示す構成図である。
【符号の説明】
１：入力信号光
２：光分岐器
３：光合波器
４：ＥＤＦ
５：光分岐器
６：出力信号光
７：出力光モニター
８：比較器
９：目標値
１０：位相補償器
１１：加算器
１２：スイッチ
１３：レーザー駆動回路
１４：励起用半導体レーザー
１５：入力光モニター
１６：入力レベル検出回路
１７：フィードフォワード補償器
【発明の属する技術分野】
本発明は増幅用光ファイバーを利用して信号光を直接増幅する光ファイバー増幅器における出力信号光レベルが一定になるように出力一定制御（ＡＬＣ）の制御方式の光ファイバー増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来技術（特開平７−２０２３０３号公報参照）の光ファイバー増幅器の一例である。
【０００３】
入力光は光合波器３１、光増幅用ファイバーであるＥＤＦ（エルビウム・ドープド・ファイバー）３２、光分岐器３３を経由して出力される。一方、励起用半導体レーザー４１の出力は光合波器３１を経由してＥＤＦ３２に導かれ、入力光を励起し、入力光を増幅する。光分岐器３３は、出力光をモニターするために数％分岐するものであり、ホトダイオード３４とトランスインピーダンスアンプ３５に接続されて、電気信号に変換される。電気信号に変換された出力は誤差回路３６で出力設定値と比較され、誤差信号は利得制御部３７、位相進み要素３８、積分器３９、駆動回路４０を介して励起用半導体レーザー４１を制御する。
【０００４】
入力光が増幅される度合いは、入力信号光の波長、光量レベル（光パワー）、励起用半導体レーザーのパワー（励起パワー）などによって決まるが、ここでは励起パワーを制御して、出力信号光のパワーを一定に制御する方式を採用している。これは一般的なＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）制御方式と呼ばれている。
【０００５】
また本出願人はＡＬＣ制御方式にさらにフィードフォワード補償する方式を既に提案している（特願平８−２８７００２号参照）が、具体的な詳細構造までは提案がなされていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の光ファイバー増幅器のＡＬＣ機能では、過渡的な入力光の変化があった場合に、高速に追従することができなかった。
【０００７】
高速ＡＬＣが必要な背景としては、光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を用いたゲートスイッチ（１９９８年電通学界通信ソサイアティ大会 Ｂ１０−８８）の提案の中でも述べられている。ＥＤＦＡのゲートスイッチは、光ＡＤＭ（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）の中で信号光の分岐挿入・光増幅・光レベル調整を行うものであり、ゲートスイッチに要求される応答速度としては数ｍｓｅｃ以下であることが述べられている。
【０００８】
従来のＥＤＦＡゲートスイッチでは応答速度２ｍｓｅｃが達成されており、さらに応答速度を短縮できればスイッチ時間を短縮できる。またパケット通信等のバースト信号を扱う光通信にも利用できる可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、過渡的な入力光の変化があっても出力を一定に保つ高速なＡＬＣ機能を持つ光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を提供する事を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバー増幅器の入力信号光を検出する入力信号光検出手段と出力信号光を検出する出力信号光検出手段とを有し、出力信号光検出手段と予め設定した目標値との差に基づいて上記励起用半導体レーザーの励起光量を制御するようにフィードバックするＡＬＣループを構成し、さらに入力信号光検出手段の出力値を入力光量に逆比例する特性を有するフィードフォワード補償器を通して、前記励起用半導体レーザーの駆動信号に加算するフィードフォワード制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１に示す。
【００１２】
入力信号光１は光分岐器２、光合波器３、増幅用光ファイバーであるＥＤＦ ４、光分岐器５を経由して出力信号光６として出力される。一方、励起用半導体レーザー１４の出力は光合波器３、を経由してＥＤＦ４に導かれ、入力信号光１を励起し、入力信号光１は増幅されて出力信号光６となる。
【００１３】
入力信号光１が増幅される度合いは、入力信号光１の波長、光量レベル（光パワー）、励起用半導体レーザー１４のパワー（励起パワー）などによって決まるが、ここでは励起パワーを制御して出力信号光６のパワーを制御しており、その具体的な構成は以下の通りである。
【００１４】
光分岐器２及び光分岐器５は入力信号光１、出力信号光６をモニターするためにそれぞれ４％分岐するものであり、それぞれの出力は、それぞれ入力光モニター１５、出力光モニター７に接続されて、信号光のトータルパワーが検出され電気信号に変換される。電気信号に変換された出力光モニター７の出力は予め設定された目標値９と比較器８で比較され、その誤差信号は位相補償器１０、レーザー駆動回路１３を介して励起用半導体レーザー１４を制御する。
【００１５】
このように構成することで出力信号光６のレベルが一定になるように制御している。位相補償器１０は出力光モニター７からのフィードバックループを安定化させる為に使用していて、特に低周波領域のループゲインを確保し、応答速度としては約２ｍｓｅｃ以下が可能である。
【００１６】
さらに本発明では、入力光モニター１５からの出力値をフィードフォワード補償器Ｆ（ｓ） １７を介して、加算器１０で励起用半導体レーザー１４の駆動信号に加算するフィードフォワード補償を行い、応答速度を改善している。
【００１７】
しかも、このフィードフォワード補償器Ｆ（ｓ） １７は、入力信号光１の増加に伴って出力が減少するような特性を持っており、さらに好ましくは、入力信号光１の増加に連れて出力の減少する度合いが大きくなるような非線形特性を有している。これは、ＡＬＣ時における、入力信号光１のレベルと励起用半導体レーザー１４の駆動電流との間には逆比例の関係があり、しかも入力信号光１のレベルが大きくなると飽和状態になる非線形な関係があるため、予めこの特性に応じたフィードフォワード補償を行うようにしたものである。
【００１８】
さらに、フィードフォワード補償器Ｆ（ｓ） １７はＥＤＦ４を前方から励起した場合の増幅利得の逆過渡特性を模擬した構成とし、高周波成分のノイズを増幅しないようなローパスフィルタとする低域通過型擬似逆システムとすることが好ましい。逆システムとは出力値から入力値を逆算する系であり、Ｇ（ｓ） ・Ｆ（ｓ） ＝１になるような系である（ただしＧ（ｓ） はＥＤＦの増幅利得周波数特性、Ｆ（ｓ） は逆システム）。低域通過型とは前述したようなローパスフィルタが含まれているからであり、低域通過型擬似逆システムは逆システムを近似した一種のものなので近似逆システムである。
【００１９】
ＥＤＦ４の増幅利得の周波数特性は一次遅れで近似すると、Ｆ（ｓ）は
(1+T1s ) / (1+T2s ）
の特性で表される。ただし、T1>T2 、s は周波数を示し、T1はＥＤＦ４の増幅利得の動特性を一次遅れで近似した時定数、T2はローパスフィルタの時定数である。なお補償器としては−１を乗じて負の特性とするため、−Ｆ（ｓ）を用いている。
【００２０】
また入力レベル検出回路１６で入力信号光１のレベルがある値以上になった場合だけ、上記フィードバックループやフィードフォワード補償の機能が動作するようにスイッチ１２を制御（オン／オフ）している。
【００２１】
図２は、ＡＬＣ時の入力信号光１のレベルを変化させた場合の、励起用半導体レーザー１４の駆動電流の関係を示したものである。ＡＬＣ動作時にはレーザー駆動電流は入力信号光１のレベルと部分的に逆比例関係にある。また入力信号光１のレベルが大きくなると飽和状態になる非線形な特性を有することがわかる。従ってフィードフォワード補償器１７は、上述したようにこれらの特性を考慮した構成としてある。
【００２２】
このようにしてあることによって、信号光レベルの急激な変動があっても、高速で出力信号光レベルが所望の一定の値になる光ファイバー増幅器を構成することができる。また図示はしていないが、スイッチ１２をオンしたときの励起用半導体レーザー１４が最大値で発光するようにレーザー駆動回路１３の初期値を工夫しても応答速度は改善されると思われる。
【００２３】
図３は実施例の場合の応答速度を説明するものである。入力信号レベルがステップ状に変化した場合の出力信号レベルの過渡応答を示しており、従来の光ファイバー増幅器では２ｍｓｅｃ程で定常状態に達成しているが、本発明の光ファイバー増幅器では、従来例にくらべ高速応答が可能になることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、励起用半導体レーザーをフィードフォワード制御することによって、高速にＡＬＣを動作させる光ファイバー増幅器とできるため、ＯＡＤＭのＥＤＦＡゲートとして使用可能になり、またさらに光信号の分岐挿入回路のスイッチング速度を従来よりも速められる効果がある。
【００２５】
またパケット通信等のバースト信号を用いる場合でも利用可能な極めて高速で安定したＡＬＣ機能を有する光ファイバー増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバー増幅器を示す構成図である。
【図２】ＡＬＣ時における入力信号光レベルとレーザー駆動電流の関係を示すグラフである。
【図３】本発明及び従来例の光ファイバー増幅器における、ＡＬＣ作動状態を示すチャート図である。
【図４】従来の光ファイバー増幅器を示す構成図である。
【符号の説明】
１：入力信号光
２：光分岐器
３：光合波器
４：ＥＤＦ
５：光分岐器
６：出力信号光
７：出力光モニター
８：比較器
９：目標値
１０：位相補償器
１１：加算器
１２：スイッチ
１３：レーザー駆動回路
１４：励起用半導体レーザー
１５：入力光モニター
１６：入力レベル検出回路
１７：フィードフォワード補償器
Claims (2)
- 増幅用光ファイバーに、励起用半導体レーザーからの励起光と信号光を供給し、増幅された信号光を得るようにした光ファイバー増幅器であって、
入力信号光を検出する入力信号光検出手段と出力信号光を検出する出力信号光検出手段とを有し、出力信号光検出手段からの出力値と予め設定した目標値との差に基づいて出力信号光レベルが一定になるように上記励起用半導体レーザーの励起光量を制御するフィードバックループと、
入力信号の増加に伴って出力が減少する特性を有するフィードフォワード補償器を通して、入力信号光検出手段の出力値を上記励起用半導体レーザーの駆動信号に加算し、
上記フィードフォワード補償器は上記増幅用光ファイバーの増幅利得特性Ｇ（ｓ）の逆システムにローパスフィルタを含めた低域通過型擬似逆システムからなることを特徴とする光ファイバー増幅器。 - 上記フィードフォワード補償器は、入力信号が大きくなるに連れて前記出力の減少する度合いが小さくなる非線形特性を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバー増幅器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09552899A JP3628206B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 光ファイバー増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09552899A JP3628206B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 光ファイバー増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294858A JP2000294858A (ja) | 2000-10-20 |
| JP3628206B2 true JP3628206B2 (ja) | 2005-03-09 |
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ID=14140066
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP5271237B2 (ja) * | 2009-11-18 | 2013-08-21 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅装置及び光増幅方法 |
| JP5646976B2 (ja) * | 2010-12-09 | 2014-12-24 | 富士通テレコムネットワークス株式会社 | 光パケット交換装置および光パケット交換システム |
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1999
- 1999-04-01 JP JP09552899A patent/JP3628206B2/ja not_active Expired - Fee Related
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