JP3824982B2 - 光増幅方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光信号の利得や出力を波長によらず一定にするために光可変減衰器の減衰量の調整を行う光増幅方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光増幅装置には、たとえば特許文献１に示すように、波長多重用の光増幅部を用いたものがある。この光増幅装置では、図３に示すように、前段の光増幅部１０と後段の光増幅部２０との間に光可変減衰器３０を接続させている。光増幅部１０には、自動利得制御（以下、「ＡＧＣ」という）回路１１が設けられており、このＡＧＣ回路１１は、光分岐カプラ１２，１３で光ファイバ伝送路１から分岐され、かつホトダイオード１４，１５で検出された入力側と出力側の光信号の光レベルを比較している。そして、このＡＧＣ回路１１は、この比較結果が一定になるように励起光源１６を制御して、前段の光増幅部２０の利得波長特性を入力パワーに無依存にするとともに、前段の光増幅部１０の利得波長特性を補償して全体の利得波長特性を均一にし、光カプラ１７を介して光増幅部２０に出力している。すなわち、ＡＧＣ回路１１は、光増幅部１０全体の利得が、波長に対する依存性がなく一定になるように利得制御している。
【０００３】
光増幅部２０も同様に、ＡＧＣ回路２１が設けられており、このＡＧＣ回路２１は、光分岐カプラ２２，２３を介してホトダイオード２４，２５で検出された入力側と出力側の光信号を光レベルを比較し、この比較結果が一定になるように、励起光源２６を制御して、後段の光増幅部２０の利得波長特性を入力パワーに無依存にするとともに、後段の光増幅部２０の利得波長特性を補償して全体の利得波長特性を均一にして光ファイバ伝送路１に出力している。
【０００４】
また、後段の光増幅部２０の出力レベルは、光分岐カプラ３１で光ファイバ伝送路１から分岐され、かつホトダイオード３２で検出されている。自動光出力制御（以下、「ＡＬＣ」という）回路３３は、この検出された光増幅部２０の出力レベルに応じて、光可変減衰器３０の減衰量を制御し、光増幅部２０の光出力を一定にコントロールしていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２４８４５５号公報（補５頁−補６頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年では、光増幅装置の制御を上記従来例のようにＡＬＣ回路を用いて出力一定で制御するのではなく、ＡＧＣ回路を用いて利得一定で制御する要望が高まっている。特に、ユーザが、光増幅装置外の伝送媒体の伝送損失を含めて設定した光増幅装置の利得に基づいて、光増幅装置内部で可変減衰器の減衰量を制御して、光増幅装置の利得をユーザ設定の一定利得に調整する要望が高まっていた。ここで、光増幅装置外の伝送媒体の伝送損失を含めて設定した光増幅装置の利得とは、ユーザが要望する光増幅装置全体の利得で、たとえば光増幅装置とこの光増幅装置外の最終出力端との間に接続される光ファイバ伝送路などの伝送損失を補償するものである。
【０００７】
この発明は、上記実情に鑑みなされたもので、光増幅装置を予め設定された利得に基づいて制御して、ニーズに応じた利得の一定制御を行い、汎用性の高い光伝送を行うことができる光増幅方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の請求項１にかかる光増幅方法では、少なくとも２つの光増幅部と少なくとも１つの減衰器とが接続されて光増幅装置を構成し、光伝送路を介して入力する光信号を前記光増幅部で増幅して、外部の最終出力端との間に接続される伝送媒体に出力する光増幅方法において、前記光増幅装置全体の利得を、前記伝送媒体の伝送損失を補償する利得を含めた利得Ｇ０に設定する設定工程と、下流側の前記光伝送路への光信号のトータル光入力パワーを検出する検出工程と、前記検出されたトータル光入力パワーと、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の種類に依存する係数と、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の実効長とに基づく前記減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求め、前記光増幅部のトータルの利得が目標値Ｃと該補正値ΔＬの和に近づくように、前記減衰器の減衰量を制御する制御工程と、を含み、前記光増幅装置全体の利得が前記設定された利得Ｇ０に一定に保たれることを特徴とする光増幅方法が提供される。
【０００９】
この発明によれば、たとえば各光増幅部の利得をＧ１，Ｇ２とし、ユーザなどによって、前記光増幅装置外の伝送媒体の伝送損失を含めて設定された利得をＧ０とし、減衰器の減衰量をＡとすると、Ｇ０＝Ｇ１＋Ｇ２−Ａとなり、さらに減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求め、光増幅部のトータルの利得Ｇ１＋Ｇ２が、光伝送路へのトータル光入力パワーに依存する目標値Ｃと補正値ΔＬの和に近づくように、減衰器の減衰量Ａ＝Ｃ＋ΔＬ−Ｇ０に制御することで、ＳＲＳによって発生する利得の傾きと逆の傾きを持たせ、最終出力端での各波長における利得の依存性をなくし、利得を平坦（一定）にする。
【００１２】
この発明の請求項２にかかる光増幅装置では、少なくとも２つの光増幅部と、該光増幅部と接続される少なくとも１つの減衰器とを有し、光伝送路を介して入力する光信号を前記光増幅部で増幅して、外部の最終出力端との間に接続される伝送媒体に出力する光増幅装置において、前記光増幅装置全体の利得を、前記伝送媒体の伝送損失を補償する利得を含めた利得Ｇ０に設定する設定手段と、下流側の前記光伝送路への光信号の光入力パワーを検出する第１の検出手段と、前記検出されたトータル光入力パワーと、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の種類に依存する係数と、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の実効長とに基づいた所定の前記減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求める補正手段と、前記光増幅部のトータルの利得が目標値Ｃと前記補正値ΔＬの和に近づくように、前記減衰器の減衰量を制御する制御手段と、を備え、前記光増幅装置全体の利得が前記設定された利得Ｇ０に一定に保たれることを特徴とする光増幅装置が提供される。
【００１３】
この発明によれば、下流側の光伝送路への光信号の光入力パワーなどに基づいた減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求め、光増幅部のトータルの利得が目標値Ｃと補正値ΔＬの和に近づくように、前記減衰器の減衰量Ａを、Ａ＝Ｃ＋ΔＬ−Ｇ０に制御して、最終出力端での利得を、減衰器の減衰量ユーザなどのニーズに応じ、予め設定された利得Ｇ０に一定に保つようにすることで、光増幅装置による利得の一定制御を行う。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図２の添付図面を参照して、この発明にかかる光増幅方法およびその装置の好適な実施の形態を説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態１の構成を示す構成図である。図において、この光増幅装置４０は、図３に示した従来例と同様に、光ファイバ伝送路１に接続された前段の光ファイバ増幅部４１と、同じく後段の光ファイバ増幅部４２と、これら光ファイバ増幅部４１，４２の間に接続された光可変減衰器４３とを有している。このうち、光ファイバ増幅部４１，４２は、ＡＧＣ回路４４によって利得の制御がなされており、光可変減衰器４３は、制御回路４５によって減衰量の制御がなされている。
【００２２】
この実施の形態１の光増幅装置４０が、図３に示した従来例と異なる点は、たとえば外部の入力手段からユーザなどによって、光増幅装置４０とこの光増幅装置４０外の最終出力端との間に接続される伝送媒体の伝送損失を含めて任意に光増幅装置４０の利得Ｇ０を入力し、その利得Ｇ０を制御回路４５に設定することが可能な点にある。この利得Ｇ０とは、ユーザが要望する光増幅装置全体の利得で、たとえば光増幅装置とこの光増幅装置外の最終出力端との間に接続される光ファイバ伝送路などの伝送損失を補償する利得である。制御回路４５は、この入力した利得Ｇ０と、光ファイバ増幅部４１，４２の利得の和（Ｇ１＋Ｇ２）の予め決められた目標値Ｃに基づいて、最終出力端の利得が、波長に対する依存性がなく一定の利得を持つように、減衰量を求めて光可変減衰器４３の減衰量Ａを制御している。
【００２３】
すなわち、光可変減衰器４３の減衰量Ａは、次のように求めることができる。まず、上述したごとく、光ファイバ増幅部４１，４２の利得の和は、
Ｇ１＋Ｇ２＝Ｃ …（１）
で設定されており、また、ユーザなどによって入力される利得Ｇ０は、
Ｇ０＝Ｇ１＋Ｇ２−Ａ …（２）
として、予め設定される。この式（１）を式（２）に代入すると、
Ｇ０＝Ｃ−Ａ …（３）
となり、光可変減衰器４３の減衰量Ａは、
Ａ＝Ｃ−Ｇ０
となる。したがって、固定値（目標値）Ｃから設定値Ｇ０を引いた値が減衰量Ａとなり、制御回路４５は、たとえばこの減衰量Ａに応じた電流値の制御信号を光可変減衰器４３に出力して、光可変減衰器４３の減衰量を制御することができる。
【００２４】
また、この実施の形態１の光増幅装置４０が、上述した従来例と異なる他の点は、ＡＧＣ回路４４にも光増幅装置４０の利得Ｇ０が入力されており、光ファイバ増幅部４１，４２のトータル利得がＧ０で一定になるように、これら光ファイバ増幅部４１，４２の利得を制御し、多重された光信号を一括して増幅することで、光ファイバ伝送路１の伝送損失を補償している。
【００２５】
すなわち、光パワー検出回路４７は、光増幅装置４０の入力側の光ファイバ伝送路１に接続された光分岐カプラ４６を介して、光信号の光入力パワーＰ１を検出しており、また光パワー検出回路４９は、光増幅装置４０の出力側の光ファイバ伝送路１に接続された光分岐カプラ４８を介して、光信号の光出力パワーＰ４を検出している。この検出された光パワーＰ１，Ｐ４は、ＡＧＣ回路４４に取り込まれており、ＡＧＣ回路４４は、以下のように光ファイバ増幅部４１，４２の制御を行っている。
【００２６】
このＡＧＣ回路４４では、Ｐ１の大きさによって、たとえば光ファイバ増幅部４１，４２のポンプレーザを電流制御して利得Ｇ１，Ｇ２を決定しており、この利得Ｇ１，Ｇ２は予めその比率が決まっている。したがって、ＡＧＣ回路４４では、光パワー比Ｐ４−Ｐ１がＧ０で一定になるように制御する時に、光パワーＰ１の電圧値に基づいて、たとえばポンプレーザの駆動電流値およびその比率が決定されており、この決定された駆動電流値とその比率によって、光ファイバ増幅部４１，４２の利得がＧ０になるように制御している。
【００２７】
したがって、この実施の形態では、ＡＧＣ回路にユーザなどによって、光増幅装置４０とこの光増幅装置外の最終出力端との間に接続される伝送媒体の伝送損失を含めて設定された利得Ｇ０が与えられることにより、光増幅装置全体の利得がＧ０になるように制御されるので、ユーザのニーズに応じた利得の一定制御を行うことが可能となり、これによって汎用性の高い光増幅装置を得ることができる。
【００２８】
また、この実施の形態では、光可変減衰器の減衰量が、光増幅装置とこの光増幅装置外の最終出力端との間に接続される伝送媒体の伝送損失を含めて設定された利得Ｇ０と固定値Ｃに応じて適切に制御されているため、最終出力端の波長における利得が所定利得以上で、平坦性を有することができる。
【００２９】
ところで、上述した実施の形態の光増幅装置では、非線形光学現象の一つであるＳＲＳの影響が小さい。しかし、設計されるシステム構成によってはＳＲＳの影響が大きくなるので、短波長側と長波長側の光パワーの差が大きくなり、短波長側の光信号のＳ／Ｎが劣化してしまう。
【００３０】
そこで、この発明では、ＳＲＳ補正を行う場合の光増幅装置の構成を、以下の実施の形態において説明する。
【００３１】
（実施の形態２）
図２は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態２の構成を示す構成図である。図において、図１の実施の形態１と異なる点は、ＳＲＳの影響によって発生する利得波長特性の傾きを補正するために、光可変減衰器４３の減衰量の補正値が設定されている補正回路６０を設けた点である。補正回路６０は、この利得波長特性の傾きを打ち消すために、光ファイバ増幅部４２からの光出力パワーに基づいて、この利得波長特性の傾きと逆の傾きを有する利得波長特性となる減衰量の補正値ΔＬを求め、制御回路４５に出力している。制御回路４５は、この補正値ΔＬと、ユーザなどから任意に設定された利得Ｇ０と、予め設定されている光ファイバ増幅部４１，４２の利得とに基づいて、減衰量を求めて光可変減衰器４３の減衰量Ａを制御している。
【００３２】
すなわち、この実施の形態において、光可変減衰器４３の減衰量Ａは、つぎのように求める。
Ｇ１＋Ｇ２＝Ｃ＋ΔＬ …（１８）
で設定されており、また、ユーザなどによって任意に設定される利得Ｇ０は、
Ｇ０＝Ｇ１＋Ｇ２−Ａ …（１９）
として、予め設定される。この式（１８）を式（１９）に代入すると、
Ｇ０＝Ｃ＋ΔＬ−Ａ …（２０）
となり、光可変減衰器４３の減衰量Ａは、
Ａ＝Ｃ＋ΔＬ−Ｇ０ …（２１）
となる。
【００３３】
次に、ΔＬを求める。ここで、まずＳＲＳの影響によって発生する利得波長特性の傾きＳＲＳ（ｄＧ／ｄλ）は、
ＳＲＳ（ｄＧ／ｄλ）＝４．３４・（β・Ｐ０・Ｌｅｆｆ）［ｄＢ／ｎｍ］
…（２２）
ここで、Ｐ０：光ファイバ伝送路１へ入射される光信号のトータル光パワー
［Ｗ］
（図１では、Ｐ４に相当）
β：このトータル光パワーが入射される光ファイバ伝送路１
（種類）に依存する係数［１／Ｗ・ｋｍ・ｎｍ］
Ｌｅｆｆ：このトータル光パワーが入射される光ファイバ伝送路の実効長［ｋ
ｍ］
となる。
【００３４】
なお、この（２２）式は、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１６^th Ａｐｒｉｌ １９９８，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．８，Ｍ．Ｚｉｒｎｇｉｂｌの文献に記載されている。
【００３５】
次に、ＳＲＳの影響によって発生する利得波長特性の傾きを打ち消すために、光増幅部で発生させる利得波長特性の傾きＯＦＡ（ｄＧ／ｄλ）は、このＳＲＳの影響によって発生する利得波長特性の傾きとは逆の傾きとなるので、
ＯＦＡ（ｄＧ／ｄλ）＝−ａ・ΔＬ［ｄＢ／ｎｍ］ …（２３）
ここで、ａ：光増幅部の設計に依存する比例係数［１／ｎｍ］
ΔＬ：光可変減衰器の減衰量の補正値［ｄＢ］
となる。
【００３６】
この（２２）式と（２３）式の和がゼロになる時、光ファイバ伝送路を伝送した後の各波長の利得が均一となって、利得波長特性は平坦になるので、この条件におけるΔＬを求めると、まず、（２２）式と（２３）式の和は、
ＳＲＳ（ｄＧ／ｄλ）＋ＯＦＡ（ｄＧ／ｄλ）＝４．３４・（β・Ｐ０・Ｌｅｆｆ）−ａ・ΔＬ＝０ …（２４）
となる。
【００３７】
次に、ΔＬは、
ΔＬ＝４．３４・（β・Ｐ０・Ｌｅｆｆ）／ａ …（２５）
で求まる。すなわち、ΔＬは、光ファイバ伝送路へ入射される光信号のトータル光パワーＰ０と、このトータル光パワーＰ０が入射される光ファイバ伝送路の種類に依存する係数βと、このトータル光パワーが入射される光ファイバ伝送路の実効長とから求まる値である。
【００３８】
ここで、例えばａ＝０．０２［１／ｎｍ］、β＝３．５×１０^-3［１／Ｗ・ｋｍ・ｎｍ］、Ｐ０＝Ｐ４＝＋１８［ｄＢｍ］＝０．０６３［Ｗ］、Ｌｅｆｆ＝２１［ｋｍ］とすると、これら数値を（２５）式に代入し、光可変減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求めると、
ΔＬ＝｛４．３４・（３．５×１０^-3・０．０６３・２１）｝／０．０２
＝１［ｄＢ］
となる。
【００３９】
なお、ＡＧＣ回路４４による光ファイバ増幅部４１，４２のＡＧＣ制御は、実施の形態１と同様に、光パワー比Ｐ４−Ｐ１が利得値Ｇ０で一定になるように制御する。
【００４０】
このように、この実施の形態では、実施の形態１と同様に、ユーザのニーズに応じた利得の一定制御を行うことが可能となるとともに、ＳＲＳの影響によって発生する利得波長特性の傾きを補正するために、トータルの光出力パワーの検出結果から光可変減衰器の減衰量の補正値を求めて、この利得波長特性の傾きを打ち消すように光可変減衰器の減衰量を制御するので、たとえば光ファイバ伝送路１を介した次段の光増幅装置の入力端（実施の形態１での最終出力端に相当）での各波長における利得波長特性の平坦化が図られ、伝送効率を向上させることができる。
【００４１】
このため、この実施例では、チャネル数の増減などによって光ファイバ伝送路へ入射される光パワーが変動しても、ＳＲＳの影響によって発生する波長多重信号の利得の傾きを自動的に一括補正して、この波長多重信号の利得の偏差を最小にすることができ、これにより各波長での光パワーが均一になり、短波長側の光信号におけるＳ／Ｎの劣化を防ぎ、安定した光伝送を行える。
【００４２】
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。
【００４４】
【発明の効果】
この発明の請求項１，２によれば、ＳＲＳの影響を防ぐために、減衰器の減衰量の補正値を求め、光増幅部のトータルの利得が一定値Ｃと補正値ΔＬの和に近づくように、制御手段で減衰器の減衰量を制御して、ＳＲＳによって発生する利得の傾きと逆の傾きを持たせるので、最終出力端での各波長における利得の平坦化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明にかかる光増幅装置の実施の形態１の構成を示す構成図である。
【図２】 同じく、光増幅装置の実施の形態２の構成を示す構成図である。
【図３】 従来の光増幅装置の構成の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ伝送路
１０，２０ 光増幅部
１１，２１，４４ ＡＧＣ回路
１２，１３，２２，２３，３１，４６，４８ 光分岐カプラ
１４，１５，２４，２５，３２，４７，４９ 光パワー検出回路（ＰＤ）
１６，２６ 励起光源
１７ 光カプラ
３０，４３ 光可変減衰器
３３ ＡＬＣ回路
４０ 光増幅装置
４１，４２ 光ファイバ増幅部
４５ 制御回路
６０ 補正回路

Claims (2)

1. 少なくとも２つの光増幅部と少なくとも１つの減衰器とが接続されて光増幅装置を構成し、光伝送路を介して入力する光信号を前記光増幅部で増幅して、外部の最終出力端との間に接続される伝送媒体に出力する光増幅方法において、
   前記光増幅装置全体の利得を、前記伝送媒体の伝送損失を補償する利得を含めた利得Ｇ０に設定する設定工程と、
   下流側の前記光伝送路への光信号のトータル光入力パワーを検出する検出工程と、
   前記検出されたトータル光入力パワーと、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の種類に依存する係数と、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の実効長とに基づく前記減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求め、前記光増幅部のトータルの利得が目標値Ｃと該補正値ΔＬの和に近づくように、前記減衰器の減衰量を制御する制御工程と、
   を含み、前記光増幅装置全体の利得が前記設定された利得Ｇ０に一定に保たれることを特徴とする光増幅方法。
2. 少なくとも２つの光増幅部と、該光増幅部と接続される少なくとも１つの減衰器とを有し、光伝送路を介して入力する光信号を前記光増幅部で増幅して、外部の最終出力端との間に接続される伝送媒体に出力する光増幅装置において、
   前記光増幅装置全体の利得を、前記伝送媒体の伝送損失を補償する利得を含めた利得Ｇ０に設定する設定手段と、
   下流側の前記光伝送路への光信号の光入力パワーを検出する第１の検出手段と、
   前記検出されたトータル光入力パワーと、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の種類に依存する係数と、該トータル光入力パワーが入力される光伝送路の実効長とに基づいた所定の前記減衰器の減衰量の補正値ΔＬを求める補正手段と、
   前記光増幅部のトータルの利得が目標値Ｃと前記補正値ΔＬの和に近づくように、前記減衰器の減衰量を制御する制御手段と、
   を備え、前記光増幅装置全体の利得が前記設定された利得Ｇ０に一定に保たれることを特徴とする光増幅装置。

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