JP3824982B2 - 光増幅方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【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,16th 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)
- 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。 - 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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