JP3953837B2 - 光増幅器の監視装置、光増幅器の補償化装置、光増幅器の監視方法、光増幅器の補償化方法、光増幅器の監視プログラムおよび光増幅器の補償化プログラム - Google Patents
光増幅器の監視装置、光増幅器の補償化装置、光増幅器の監視方法、光増幅器の補償化方法、光増幅器の監視プログラムおよび光増幅器の補償化プログラム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器の監視装置、光増幅器の補償化装置、光増幅器の監視方法、光増幅器の補償化方法、光増幅器の監視プログラムおよび光増幅器の補償化プログラムに関し、特に、半導体光増幅器を安定動作させる場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信容量の増大に伴う大容量化の要求に対し、光ファイバ通信の実用化に向けた研究開発が盛んに行われ、大容量光ネットワークの構築が進められている。
ここで、大容量光ネットワークを構築するために重要となるのは、光信号を電気信号に変換することなく、光信号のまま信号処理を行う高性能な光機能デバイスである。
【０００３】
また、大容量光ネットワークの実現には、光ネットワークの重要な構成要素である半導体光素子の高機能化、集積化、低コスト化などが重要であり、特に、半導体光増幅素子は、小型であるという利点に伴う集積化の容易性や優れた特性から注目されている。
このため、半導体光増幅素子は、光信号の増幅あるいは波長変換のためのキーデバイスとして必要不可欠な素子となっている。
【０００４】
また、最近では、半導体光増幅素子にスポットサイズ変換領域を付け加えることで、結合損の低減や、偏波依存性をなくすなどの高機能化が達成され、半導体光増幅素子の重要性は一層高まっている。
ここで、半導体光増幅素子の利得は、半導体活性層内のキャリアと入力光との間の誘導放出過程に基づく光増幅作用によって生じる。
【０００５】
このため、半導体光増幅素子では、長期間の動作に伴う特性劣化を避けることが困難となり、半導体光増幅素子の特性劣化により、キャリア密度の低下が生じると、利得を始めとした諸特性が悪化し、システム全体に支障が出ることになる。
このため、半導体光増幅素子では、長期間の動作に伴う利得の劣化を監視し、半導体光増幅素子の故障を予測できるようにすることが望まれている。
【０００６】
ここで、半導体レーザの場合では、入射光がないため、半導体レーザ素子の背面にモニタ用フォトダイオード素子を配置し、半導体レーザの出力変化を調べることで、半導体レーザ素子の劣化の程度をモニタすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体光増幅素子では、入射光が素子内に入射されるため、増幅信号光の光出力はモニタ可能だが、入射光パワーが一定でない場合、増幅信号光の出力も変化する。
従って、増幅信号光の出力変化をモニタしただけでは、半導体光増幅素子の利得変化分を判別することが困難となり、半導体光増幅器の特性劣化の程度をモニタする手法が未確立のままだった。
【０００８】
このため、従来のモニタ手法では、半導体光増幅素子の故障を予測することができず、光通信システム全体の信頼性が低下する要因となるとともに、光ネットワークの低コスト化の阻害要因になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、光増幅素子の利得変動を容易に判別することが可能な増幅器の監視装置、光増幅器の補償化装置、光増幅器の監視方法、光増幅器の補償化方法、光増幅器の監視プログラムおよび光増幅器の補償化プログラムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の光増幅器の監視装置によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出する強度検出手段と、前記強度検出手段により検出された出射光の強度に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断する自然放出光判断手段と、前記自然放出光判断手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出する強度変動検出手段と、前記強度変動検出手段により検出された自然放出光の強度変動に基づいて、光増幅器の利得を監視する利得監視手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、入力光の影響を排除しつつ、光増幅器からの出射光の出力変動を検出することが可能となり、半導体光増幅素子自体の劣化のみに依存するパラメータを抽出することが可能となる。
このため、光増幅器からの出射光の強度変動を監視することで、半導体光増幅素子の利得変化分を判別することが可能となり、半導体光増幅器の特性劣化の程度を容易に監視することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となるとともに、光通信システムの保守保全を容易化して、光ネットワークの低コスト化を図ることが可能となる。
【００１１】
また、請求項２記載の光増幅器の監視装置によれば、光増幅器の利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係が登録された相関テーブルをさらに備え、前記利得監視手段は、前記相関テーブルの参照結果に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出することを特徴とする。
これにより、光増幅器からの自然放出光の強度変動を検出することで、光増幅器の利得変動を容易に算出することが可能となり、半導体光増幅器の特性劣化の程度を容易に監視することが可能となる。
【００１６】
また、請求項３記載の光増幅器の補償化装置によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出する強度検出手段と、前記強度検出手段により検出された出射光の強度に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断する自然放出光判断手段と、前記自然放出光判断手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出する強度変動検出手段と、前記強度変動検出手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得の変動分を算出する利得変動算出手段と、前記利得の変動分に対応する電流値の差分を算出する駆動電流算出手段と、前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段とを備えることを特徴とする。
これにより、光増幅器からの出射光の出力変動を検出することで、半導体光増幅素子の利得変化分を補償することが可能となり、半導体光増幅器の長寿命化を図ることが可能となることから、光ネットワークの低コスト化を図ることが可能となる。
【００２２】
また、請求項４記載の光増幅器の監視方法によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出するステップと、前記出射光の強度の検出結果に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出するステップと、前記自然放出光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出するステップとを備えることを特徴とする。
【００２３】
これにより、光増幅器に信号光が入射される場合においても、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の利得変化分を容易に算出することが可能となり、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に判別することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項５記載の光増幅器の補償化方法によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出するステップと、前記出射光の強度の検出結果に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出するステップと、前記自然放出光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出するステップと、前記光増幅器の利得変動に対応する電流値の差分を算出するステップと、前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させるステップとを備えることを特徴とする。
【００２５】
これにより、光増幅器に信号光が入射される場合においても、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に補正することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となるとともに、光増幅器の寿命を延命させて、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００２７】
また、請求項６記載の光増幅器の監視プログラムによれば、光増幅器からの出射光の強度データを取得するステップと、前記出射光の強度データに基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データを取得するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データに基づいて、前記光増幅器の利得変動値を算出するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２８】
これにより、光増幅器から出射された自然放出光の強度変動データを取得することで、半導体光増幅素子の利得変化分を算出することが可能となり、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に判別することが可能となる。
【００２９】
また、請求項７記載の光増幅器の監視プログラムによれば、光増幅器からの出射光の強度データを取得するステップと、前記出射光の強度データに基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データを取得するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データに基づいて、前記光増幅器の利得変動値を算出するステップと、前記光増幅器の利得変動値に対応する電流値の差分を算出するステップと、前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させるステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００３０】
これにより、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に補正することが可能となり、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となるとともに、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光増幅器の監視装置および補償化装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【００３３】
図１において、半導体光増幅器１の監視装置には、分波器３、パワーメータ４およびパーソナルコンピュータ５が設けられ、パーソナルコンピュータ５には、半導体光増幅器１の動作条件における利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。ここで、半導体光増幅器１の動作条件としては、例えば、半導体光増幅器１の駆動電流や、入力光強度などを挙げることができる。
【００３４】
そして、半導体光増幅素子１には、駆動電源２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子１に入射すると、信号光ＬＳは半導体光増幅素子１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器３に出射される。そして、分波器３に出射された増幅光ＬＡは、分波器３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００３５】
そして、分波器３で分波された分波光ＬＤ２は、パワーメータ４に入射され、パワーメータ４にて、分波光ＬＤ２の光出力強度が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子１にて自然放出光が増幅される。
このため、パワーメータ４には、増幅された自然放出光（以下、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ぶ）が入射され、ＡＳＥ出力強度が測定される。
【００３６】
そして、パワーメータ４にて分波光ＬＤ２の光出力強度が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ５に取り込まれる。
パーソナルコンピュータ５は、分波光ＬＤ２の光出力強度の測定データを取り込むと、その測定データに基づいて信号光かＡＳＥかを判断する。ここで、パーソナルコンピュータ５は、信号光かＡＳＥかを判断する場合、例えば、分波光ＬＤ２の光パワーを用いることができる。すわわち、分波光ＬＤ２の光パワーが所定値以上の場合は信号光と判断し、分波光ＬＤ２の光パワーが所定値より小さい場合はＡＳＥと判断することができる。
【００３７】
そして、パーソナルコンピュータ５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、ＡＳＥパワーを初期値と比較し、ＡＳＥパワーの差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子１の利得変化を算出する。
以下、ＡＳＥパワー変動に基づいて半導体光増幅素子１の利得変化を見積もるための原理について、より詳細に説明する。
【００３８】
図２は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子１の概略構成を示す断面図である。
図２において、半導体光増幅素子１は、半導体レーザとほぼ同様に、活性煤質をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有している。ただし、半導体レーザとは、導波路端面の反射率や活性層の長さなどの構造設計が異なっている。
【００３９】
すなわち、例えば、１．５５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ活性層１２の両側には、ＩｎＧａＡｓＰ活性層よりも禁制帯幅の大きなｎ−ＩｎＰクラッド層１１とｐ−ＩｎＰクラッド層１３が形成され、ダブルヘテロ構造とされている。
そして、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１側にはｎ側電極１４が形成されるとともに、ｐ−ＩｎＰクラッド層１３１側にはｐ側電極１５が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２およびｐ−ＩｎＰクラッド層１３の両端面には、反射防止膜１６、１７がそれぞれ形成されている。
【００４０】
そして、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１を介し、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２に電子（キャリア）が注入されると、ｐ−ＩｎＰクラッド層１３によって形成されるエネルギー障壁により、キャリアはＩｎＧａＡｓＰ活性層１２内に閉じ込められ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２に反転分布が形成される。
また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２の屈折率は、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１およびｐ−ＩｎＰクラッド層１３の屈折率より大きいため、光閉じ込め効果が生じ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２が光導波路となる。
【００４１】
そして、半導体光増幅素子１に入射光ＬＩが入射されると、注入されたキャリアの再結合により、入射光ＬＩと同波長かつ同位相の誘導放出光が生成され、入射光ＬＩの光強度が増幅された出射光ＬＯが出射される。
図３は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子の電流−利得特性を示す図である。
【００４２】
図３において、強度が−２０ｄＢｍ、波長が１．５５ｎｍの入射光ＬＩが半導体光増幅素子１に入射されたものとすると、動作電流の増加に伴って利得が上昇し、出射光ＬＯが増幅されることがわかる。
一方、半導体光増幅素子１に注入されるキャリアは、高エネルギー状態にあるため、ある一定の寿命で低エネルギー状態に遷移し、自然放出光として観測することができる。
【００４３】
また、半導体光増幅素子１では、入射光ＬＩがなくても、自然放出光が増幅され、誘導放出光として出射されるため、ＡＳＥ出力として観測することができる。
図４は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子の電流−ＡＳＥ出力特性を示す図である。
【００４４】
図４において、半導体光増幅素子１からは、入射光ＬＩがなくても、ＡＳＥが出力され、注入電流の増加に伴って、ＡＳＥ出力が上昇することがわかる。
一方、半導体光増幅素子１では、長期間動作させると、利得を始めとする諸特性が劣化する。
図５は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得の経時変化を示す図、図６は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器のＡＳＥ出力特性の経時変化を示す図である。
【００４５】
図５、６において、半導体光増幅素子１の過酷動作試験（温度８５℃、動作電流３２０ｍＡ）を行った場合、通電時間（例えば、０ｈ、３００ｈ、１７００ｈ、３２３７ｈ）に伴って、利得およびＡＳＥ出力のいずれも減少することがわかる。実使用では、これほど過酷な条件ではないが、通電時間とともに、半導体光増幅素子１の利得およびＡＳＥ出力が徐々に低下する。
【００４６】
ここで、光の増幅（利得）は、ＡＳＥ出力とともに、キャリア密度に関係しているため、両者は高い相関関係にあり、ＡＳＥ出力変化は、利得変化の指標とすることができる。
すなわち、増幅信号光の光出力はモニタ可能だが、入力光パワーが一定でない場合、増幅信号光の出力変化だけから、利得変化分を識別することは困難である。
【００４７】
それに対し、ＡＳＥ出力の変化は、信号光ＬＳに関係なく、半導体光増幅素子１自体の劣化のみに依存する。
しかも、ＡＳＥ出力は、比較的容易にモニタできるため、ＡＳＥ出力は半導体光増幅素子の劣化の程度を知るための重要なパラメータである。
また、キャリア密度に関係するパラメータ、例えば、ＡＳＥピーク波長も同様に、半導体光増幅器の劣化を知る指標とすることができる。
【００４８】
図７は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子の利得変化とＡＳＥ出力変化の相関関係を示す図である。なお、図７では、半導体光増幅素子１の動作電流が８０ｍＡでの利得変化とＡＳＥ出力変化との相関を示す。
ここで、半導体光増幅素子１の利得変化とＡＳＥ出力変化には比例関係があり、利得ｌｄＢの低下はＡＳＥ出力ｌｄＢの低下に相当することがわかる。
【００４９】
従って、半導体光増幅素子１のＡＳＥ出力を監視し、図７の相関関係を参照することで、半導体光増幅素子１の利得の低下の程度を知ることができる。
また、利得一定動作の場合も、図７の相関関係から、利得ｌｄＢの変化が動作電流の何％の増加に相当するかがわかる。すなわち、図５に示すように、動作電流に対するＡＳＥ出力はほぼ直線的に増加し、ある程度の半導体光増幅素子１の劣化に対しても、この関係は維持されることから、ＡＳＥ出力のｌｄＢの変化、すなわち、利得ｌｄＢの変化は、動作電流の何％増加に相当するかを判別することができる。従って、動作電流の増加からも、利得低下を監視することが可能である。
【００５０】
このように、上述した第１実施形態によれば、キャリア密度に関係するパラメータのうち、特に、利得変化とＡＳＥ出力変化との相関関係を用いることで、ＡＳＥ出力低下をモニタするだけで、半導体光増幅素子１の利得低下を監視することができる。
このため、半導体光増幅素子１の劣化を容易に監視することが可能となり、光通信システムの保守保全を容易化して、システムの高信頼化を達成することが可能となるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００５１】
なお、上述した第１実施形態では、半導体光増幅器１の動作条件における利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係を、パーソナルコンピュータ５に記憶しておく方法について説明したが、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して、半導体光増幅器１の動作条件における利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係を取得するようにしてもよい。
【００５２】
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
図８において、半導体光増幅器２１の監視装置には、分波器２３、パワーメータ２４およびパーソナルコンピュータ２５が設けられ、パーソナルコンピュータ２５には、半導体光増幅器２１の動作条件における利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。
【００５３】
そして、半導体光増幅素子２１には、駆動電源２２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子２１に入射すると、信号光ＬＳが半導体光増幅素子２１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器２３に出射される。そして、分波器２３に出射された増幅光ＬＡは、分波器２３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００５４】
そして、分波器２３で分波された分波光ＬＤ２は、光スペクトルアナライザ２４に入射され、光スペクトルアナライザ２４にて、分波光ＬＤ２の光スペクトル分布が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子２１にて自然放出光が増幅される。
【００５５】
このため、光スペクトルアナライザ２４にはＡＳＥが入射され、ＡＳＥ出力のスペクトル分布が測定される。
そして、光スペクトルアナライザ２４にてＡＳＥピーク波長が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ２５に取り込まれる。
また、パーソナルコンピュータ２５は、分波光ＬＤ２の光パワーデータを取り込み、その光パワーデータに基づいて、分波光ＬＤ２が信号光かＡＳＥかを判断する。
【００５６】
そして、パーソナルコンピュータ２５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、分波光ＬＤ２のＡＳＥピーク波長を初期値と比較し、ＡＳＥピーク波長の差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子２１の利得変化を算出する。
図９は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子２１の利得変化とＡＳＥピーク波長変化の相関関係を示す図である。なお、図９では、半導体光増幅素子２１の動作電流が４０ｍＡでの利得変化とＡＳＥピーク波長変化の相関関係を示す。
【００５７】
ここで、半導体光増幅素子２１の利得変化とＡＳＥ出力変化には比例関係があり、利得ｌｄＢの低下は、ＡＳＥピーク波長１ｎｍの長波長側への変化に相当することがわかる。
従って、半導体光増幅素子２１のＡＳＥピーク波長を監視し、図９の相関関係を参照することで、半導体光増幅素子２１の利得の低下の程度を知ることができる。
【００５８】
このように、上述した第２実施形態によれば、キャリア密度に関係するパラメータのうち、特に、利得変化とＡＳＥピーク波長との相関関係を用いることで、ＡＳＥピーク波長変化をモニタするだけで、半導体光増幅素子２１の利得低下を監視することができる。
このため、半導体光増幅素子２１の劣化を容易に監視することが可能となり、光通信システムの保守保全を容易化して、システムの高信頼化を達成することが可能となるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００５９】
なお、上述した第２実施形態では、半導体光増幅器２１の動作条件における利得変動と自然放出光のピーク波長変動との相関関係を、パーソナルコンピュータ２５に記憶しておく方法について説明したが、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して、半導体光増幅器２１の動作条件における利得変動と自然放出光のピーク波長変動との相関関係を取得するようにしてもよい。
【００６０】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
図１０において、半導体光増幅器３１の監視装置には、分波器３３、パワーメータ３４およびパーソナルコンピュータ３５が設けられ、パーソナルコンピュータ３５には、半導体光増幅器３１の利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係に加え、半導体光増幅器３１の動作条件におけるＡＳＥ出力と駆動電流との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。
【００６１】
ここで、半導体光増幅器３１の動作条件としては、例えば、半導体光増幅器３１の駆動電流や、入力光強度、通電時間などを挙げることができる。
そして、半導体光増幅素子３１には、駆動電源３２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子３１に入射すると、信号光ＬＳは半導体光増幅素子３１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器３３に出射される。そして、分波器３３に出射された増幅光ＬＡは、分波器３３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００６２】
そして、分波器３３で分波された分波光ＬＤ２は、パワーメータ３４に入射され、パワーメータ３４にて分波光ＬＤ２の光出力強度が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子３１にて自然放出光が増幅される。
このため、パワーメータ３４にはＡＳＥが入射され、ＡＳＥ出力強度が測定される。
【００６３】
そして、パワーメータ３４にて分波光ＬＤ２の光出力強度が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ３５に取り込まれる。
パーソナルコンピュータ３５は、分波光ＬＤ２の光出力強度の測定データを取り込むと、例えば、分波光ＬＤ２の光パワーを用いて、信号光かＡＳＥかを判断する。
【００６４】
そして、パーソナルコンピュータ３５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、ＡＳＥパワーを初期値と比較し、ＡＳＥパワーの差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子３１の利得変化を算出し、半導体光増幅素子３１の劣化の程度を見積もる。
さらに、パーソナルコンピュータ３５は、ＡＳＥ出力と駆動電流との相関関係を参照し、ＡＳＥパワーの差分がゼロになるまで、駆動電源３２の電流を増加させる。
【００６５】
これにより、半導体光増幅素子３１のＡＳＥ出力を一定に保つことができ、利得も一定に保持することが可能となることから、導体光増幅素子３１が劣化した場合においても、導体光増幅素子３１の寿命の延長を図ることができる。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化方法を示す図である。
【００６６】
図１１において、半導体光増幅素子３１の通電時間（例えば、０ｈ、３００ｈ、１７００ｈ、３２３７ｈ）が増加すると、ＡＳＥ出力が減少し、例えば、ＡＳＥ出力が５ｍＷの条件で、半導体光増幅素子３１を３００ｈだけ動作させると、ＡＳＥ出力が５ｍＷ→４ｍＷ（１ｄＢ相当）に低下することがわかる。
一方、図７の関係を参照することにより、ＡＳＥ出力の１ｄＢの変化は、利得１ｄＢの変化に対応することがわかる。
【００６７】
このため、例えば、１ｄＢの利得変化を補償するには、ＡＳＥ出力を１ｄＢｂだけ上昇させて、ＡＳＥ出力を５ｍＷに戻せばよく、通電時間が３００ｈの時に、ＡＳＥ出力を５ｍＷにするには、図１１の関係から、動作電流を初期値から１３％だけ増加させればよいことがわかる。
この結果、パーソナルコンピュータ３５は、通電時間が３００ｈの時に、動作電流が初期値から１３％だけ増加するように、駆動電源３２を制御することにより、半導体光増幅素子３１の利得を一定に維持することができる。
【００６８】
このように、上述した第３実施形態によれば、半導体光増幅素子３１の劣化の程度をＡＳＥ出力変化から見積もるとともに、駆動電流を増加させて半導体光増幅素子３１の劣化分を補償することで、半導体光増幅素子３１の長寿命化が可能となり、光通信システムの信頼性向上を図りつつ、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００６９】
図１２は、本発明の第４実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
図１２において、半導体光増幅素子４１の監視装置には、分波器４３、パワーメータ４４およびパーソナルコンピュータ４５が設けられ、パーソナルコンピュータ４５には、半導体光増幅素子４１の利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係に加え、半導体光増幅素子４１のＡＳＥピーク波長と駆動電流との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。
【００７０】
そして、半導体光増幅素子４１には、駆動電源４２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子４１に入射すると、信号光ＬＳが半導体光増幅素子４１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器４３に出射される。そして、分波器４３に出射された増幅光ＬＡは、分波器４３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００７１】
そして、分波器４３で分波された分波光ＬＤ２は、光スペクトラムアナライザ４４に入射され、光スペクトラムアナライザ４４にて、分波光ＬＤ２の光スペクトル分布が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子４１にて自然放出光が増幅される。
【００７２】
このため、光スペクトラムアナライザ４４にはＡＳＥが入射され、ＡＳＥピーク波長が測定される。
そして、光スペクトラムアナライザ４４にて分波光ＬＤ２のＡＳＥピーク波長が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ４５に取り込まれる。
【００７３】
また、パーソナルコンピュータ４５は、分波光ＬＤ２の光出力強度の測定データを取り込み、例えば、分波光ＬＤ２の光パワーを用いて、信号光かＡＳＥかを判断する。
そして、パーソナルコンピュータ４５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、ＡＳＥピーク波長を初期値と比較し、ＡＳＥピーク波長の差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子４１の利得変化を算出し、半導体光増幅素子４１の劣化の程度を見積もる。
【００７４】
さらに、パーソナルコンピュータ４５は、ＡＳＥピーク波長と駆動電流との相関関係を参照し、ＡＳＥピーク波長の差分がゼロになるまで、駆動電源４２の電流を増加させる。
これにより、半導体光増幅素子４１のＡＳＥピーク波長を一定に保つことができ、利得も一定に保持することが可能となることから、導体光増幅素子４１が劣化した場合においても、導体光増幅素子４１の寿命の延長を図ることができる。
【００７５】
このように、上述した第４実施形態によれば、半導体光増幅素子４１の劣化の程度をＡＳＥピーク波長変化から見積もるとともに、駆動電流を増加させて半導体光増幅素子４１の劣化分を補償することで、半導体光増幅素子４１の長寿命化が可能となり、光通信システムの信頼性向上を図りつつ、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、半導体光増幅器の利得変化を見積もるために、ＡＳＥパワーを用いる方法とＡＳＥピーク波長を用いる方法を例にとって説明したが、ＡＳＥパワーまたはＡＳＥピーク波長以外にも、キャリア密度に関係するパラメータならば何でもよく、例えば、ＡＳＥ平均波長などを用いるようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の利得変化分を容易に算出することが可能となり、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に判別することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の電流−利得特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の電流−ＡＳＥ出力特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得の経時変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器のＡＳＥ出力特性の経時変化を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得変化とＡＳＥ出力変化の相関関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得変化とＡＳＥピーク波長変化の相関関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化方法を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１ 半導体光増幅素子
２、２２、３２、４２ 駆動電源
３、２３、３３、４３ 分波器
４、３４ パワーメータ
５、２５、３５、４５ パーソナルコンピュータ
ＬＳ 信号光
ＬＡ 増幅光
ＬＤ１、ＬＤ２ 分波光
１１ ｎ−ＩｎＰクラッド層
１２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１３ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１４ ｎ側電極
１５ ｐ側電極
１６、１７ 反射防止膜
ＬＩ 入射光
ＬＯ 出射光
２４、４４ 光スペクトルアナライザ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器の監視装置、光増幅器の補償化装置、光増幅器の監視方法、光増幅器の補償化方法、光増幅器の監視プログラムおよび光増幅器の補償化プログラムに関し、特に、半導体光増幅器を安定動作させる場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信容量の増大に伴う大容量化の要求に対し、光ファイバ通信の実用化に向けた研究開発が盛んに行われ、大容量光ネットワークの構築が進められている。
ここで、大容量光ネットワークを構築するために重要となるのは、光信号を電気信号に変換することなく、光信号のまま信号処理を行う高性能な光機能デバイスである。
【０００３】
また、大容量光ネットワークの実現には、光ネットワークの重要な構成要素である半導体光素子の高機能化、集積化、低コスト化などが重要であり、特に、半導体光増幅素子は、小型であるという利点に伴う集積化の容易性や優れた特性から注目されている。
このため、半導体光増幅素子は、光信号の増幅あるいは波長変換のためのキーデバイスとして必要不可欠な素子となっている。
【０００４】
また、最近では、半導体光増幅素子にスポットサイズ変換領域を付け加えることで、結合損の低減や、偏波依存性をなくすなどの高機能化が達成され、半導体光増幅素子の重要性は一層高まっている。
ここで、半導体光増幅素子の利得は、半導体活性層内のキャリアと入力光との間の誘導放出過程に基づく光増幅作用によって生じる。
【０００５】
このため、半導体光増幅素子では、長期間の動作に伴う特性劣化を避けることが困難となり、半導体光増幅素子の特性劣化により、キャリア密度の低下が生じると、利得を始めとした諸特性が悪化し、システム全体に支障が出ることになる。
このため、半導体光増幅素子では、長期間の動作に伴う利得の劣化を監視し、半導体光増幅素子の故障を予測できるようにすることが望まれている。
【０００６】
ここで、半導体レーザの場合では、入射光がないため、半導体レーザ素子の背面にモニタ用フォトダイオード素子を配置し、半導体レーザの出力変化を調べることで、半導体レーザ素子の劣化の程度をモニタすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体光増幅素子では、入射光が素子内に入射されるため、増幅信号光の光出力はモニタ可能だが、入射光パワーが一定でない場合、増幅信号光の出力も変化する。
従って、増幅信号光の出力変化をモニタしただけでは、半導体光増幅素子の利得変化分を判別することが困難となり、半導体光増幅器の特性劣化の程度をモニタする手法が未確立のままだった。
【０００８】
このため、従来のモニタ手法では、半導体光増幅素子の故障を予測することができず、光通信システム全体の信頼性が低下する要因となるとともに、光ネットワークの低コスト化の阻害要因になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、光増幅素子の利得変動を容易に判別することが可能な増幅器の監視装置、光増幅器の補償化装置、光増幅器の監視方法、光増幅器の補償化方法、光増幅器の監視プログラムおよび光増幅器の補償化プログラムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の光増幅器の監視装置によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出する強度検出手段と、前記強度検出手段により検出された出射光の強度に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断する自然放出光判断手段と、前記自然放出光判断手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出する強度変動検出手段と、前記強度変動検出手段により検出された自然放出光の強度変動に基づいて、光増幅器の利得を監視する利得監視手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、入力光の影響を排除しつつ、光増幅器からの出射光の出力変動を検出することが可能となり、半導体光増幅素子自体の劣化のみに依存するパラメータを抽出することが可能となる。
このため、光増幅器からの出射光の強度変動を監視することで、半導体光増幅素子の利得変化分を判別することが可能となり、半導体光増幅器の特性劣化の程度を容易に監視することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となるとともに、光通信システムの保守保全を容易化して、光ネットワークの低コスト化を図ることが可能となる。
【００１１】
また、請求項２記載の光増幅器の監視装置によれば、光増幅器の利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係が登録された相関テーブルをさらに備え、前記利得監視手段は、前記相関テーブルの参照結果に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出することを特徴とする。
これにより、光増幅器からの自然放出光の強度変動を検出することで、光増幅器の利得変動を容易に算出することが可能となり、半導体光増幅器の特性劣化の程度を容易に監視することが可能となる。
【００１６】
また、請求項３記載の光増幅器の補償化装置によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出する強度検出手段と、前記強度検出手段により検出された出射光の強度に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断する自然放出光判断手段と、前記自然放出光判断手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出する強度変動検出手段と、前記強度変動検出手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得の変動分を算出する利得変動算出手段と、前記利得の変動分に対応する電流値の差分を算出する駆動電流算出手段と、前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段とを備えることを特徴とする。
これにより、光増幅器からの出射光の出力変動を検出することで、半導体光増幅素子の利得変化分を補償することが可能となり、半導体光増幅器の長寿命化を図ることが可能となることから、光ネットワークの低コスト化を図ることが可能となる。
【００２２】
また、請求項４記載の光増幅器の監視方法によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出するステップと、前記出射光の強度の検出結果に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出するステップと、前記自然放出光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出するステップとを備えることを特徴とする。
【００２３】
これにより、光増幅器に信号光が入射される場合においても、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の利得変化分を容易に算出することが可能となり、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に判別することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項５記載の光増幅器の補償化方法によれば、光増幅器からの出射光の強度を検出するステップと、前記出射光の強度の検出結果に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出するステップと、前記自然放出光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出するステップと、前記光増幅器の利得変動に対応する電流値の差分を算出するステップと、前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させるステップとを備えることを特徴とする。
【００２５】
これにより、光増幅器に信号光が入射される場合においても、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に補正することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となるとともに、光増幅器の寿命を延命させて、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００２７】
また、請求項６記載の光増幅器の監視プログラムによれば、光増幅器からの出射光の強度データを取得するステップと、前記出射光の強度データに基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データを取得するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データに基づいて、前記光増幅器の利得変動値を算出するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２８】
これにより、光増幅器から出射された自然放出光の強度変動データを取得することで、半導体光増幅素子の利得変化分を算出することが可能となり、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に判別することが可能となる。
【００２９】
また、請求項７記載の光増幅器の監視プログラムによれば、光増幅器からの出射光の強度データを取得するステップと、前記出射光の強度データに基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データを取得するステップと、前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データに基づいて、前記光増幅器の利得変動値を算出するステップと、前記光増幅器の利得変動値に対応する電流値の差分を算出するステップと、前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させるステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００３０】
これにより、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に補正することが可能となり、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となるとともに、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光増幅器の監視装置および補償化装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【００３３】
図１において、半導体光増幅器１の監視装置には、分波器３、パワーメータ４およびパーソナルコンピュータ５が設けられ、パーソナルコンピュータ５には、半導体光増幅器１の動作条件における利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。ここで、半導体光増幅器１の動作条件としては、例えば、半導体光増幅器１の駆動電流や、入力光強度などを挙げることができる。
【００３４】
そして、半導体光増幅素子１には、駆動電源２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子１に入射すると、信号光ＬＳは半導体光増幅素子１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器３に出射される。そして、分波器３に出射された増幅光ＬＡは、分波器３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００３５】
そして、分波器３で分波された分波光ＬＤ２は、パワーメータ４に入射され、パワーメータ４にて、分波光ＬＤ２の光出力強度が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子１にて自然放出光が増幅される。
このため、パワーメータ４には、増幅された自然放出光（以下、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ぶ）が入射され、ＡＳＥ出力強度が測定される。
【００３６】
そして、パワーメータ４にて分波光ＬＤ２の光出力強度が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ５に取り込まれる。
パーソナルコンピュータ５は、分波光ＬＤ２の光出力強度の測定データを取り込むと、その測定データに基づいて信号光かＡＳＥかを判断する。ここで、パーソナルコンピュータ５は、信号光かＡＳＥかを判断する場合、例えば、分波光ＬＤ２の光パワーを用いることができる。すわわち、分波光ＬＤ２の光パワーが所定値以上の場合は信号光と判断し、分波光ＬＤ２の光パワーが所定値より小さい場合はＡＳＥと判断することができる。
【００３７】
そして、パーソナルコンピュータ５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、ＡＳＥパワーを初期値と比較し、ＡＳＥパワーの差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子１の利得変化を算出する。
以下、ＡＳＥパワー変動に基づいて半導体光増幅素子１の利得変化を見積もるための原理について、より詳細に説明する。
【００３８】
図２は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子１の概略構成を示す断面図である。
図２において、半導体光増幅素子１は、半導体レーザとほぼ同様に、活性煤質をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有している。ただし、半導体レーザとは、導波路端面の反射率や活性層の長さなどの構造設計が異なっている。
【００３９】
すなわち、例えば、１．５５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ活性層１２の両側には、ＩｎＧａＡｓＰ活性層よりも禁制帯幅の大きなｎ−ＩｎＰクラッド層１１とｐ−ＩｎＰクラッド層１３が形成され、ダブルヘテロ構造とされている。
そして、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１側にはｎ側電極１４が形成されるとともに、ｐ−ＩｎＰクラッド層１３１側にはｐ側電極１５が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２およびｐ−ＩｎＰクラッド層１３の両端面には、反射防止膜１６、１７がそれぞれ形成されている。
【００４０】
そして、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１を介し、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２に電子（キャリア）が注入されると、ｐ−ＩｎＰクラッド層１３によって形成されるエネルギー障壁により、キャリアはＩｎＧａＡｓＰ活性層１２内に閉じ込められ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２に反転分布が形成される。
また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２の屈折率は、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１およびｐ−ＩｎＰクラッド層１３の屈折率より大きいため、光閉じ込め効果が生じ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２が光導波路となる。
【００４１】
そして、半導体光増幅素子１に入射光ＬＩが入射されると、注入されたキャリアの再結合により、入射光ＬＩと同波長かつ同位相の誘導放出光が生成され、入射光ＬＩの光強度が増幅された出射光ＬＯが出射される。
図３は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子の電流−利得特性を示す図である。
【００４２】
図３において、強度が−２０ｄＢｍ、波長が１．５５ｎｍの入射光ＬＩが半導体光増幅素子１に入射されたものとすると、動作電流の増加に伴って利得が上昇し、出射光ＬＯが増幅されることがわかる。
一方、半導体光増幅素子１に注入されるキャリアは、高エネルギー状態にあるため、ある一定の寿命で低エネルギー状態に遷移し、自然放出光として観測することができる。
【００４３】
また、半導体光増幅素子１では、入射光ＬＩがなくても、自然放出光が増幅され、誘導放出光として出射されるため、ＡＳＥ出力として観測することができる。
図４は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子の電流−ＡＳＥ出力特性を示す図である。
【００４４】
図４において、半導体光増幅素子１からは、入射光ＬＩがなくても、ＡＳＥが出力され、注入電流の増加に伴って、ＡＳＥ出力が上昇することがわかる。
一方、半導体光増幅素子１では、長期間動作させると、利得を始めとする諸特性が劣化する。
図５は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得の経時変化を示す図、図６は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器のＡＳＥ出力特性の経時変化を示す図である。
【００４５】
図５、６において、半導体光増幅素子１の過酷動作試験（温度８５℃、動作電流３２０ｍＡ）を行った場合、通電時間（例えば、０ｈ、３００ｈ、１７００ｈ、３２３７ｈ）に伴って、利得およびＡＳＥ出力のいずれも減少することがわかる。実使用では、これほど過酷な条件ではないが、通電時間とともに、半導体光増幅素子１の利得およびＡＳＥ出力が徐々に低下する。
【００４６】
ここで、光の増幅（利得）は、ＡＳＥ出力とともに、キャリア密度に関係しているため、両者は高い相関関係にあり、ＡＳＥ出力変化は、利得変化の指標とすることができる。
すなわち、増幅信号光の光出力はモニタ可能だが、入力光パワーが一定でない場合、増幅信号光の出力変化だけから、利得変化分を識別することは困難である。
【００４７】
それに対し、ＡＳＥ出力の変化は、信号光ＬＳに関係なく、半導体光増幅素子１自体の劣化のみに依存する。
しかも、ＡＳＥ出力は、比較的容易にモニタできるため、ＡＳＥ出力は半導体光増幅素子の劣化の程度を知るための重要なパラメータである。
また、キャリア密度に関係するパラメータ、例えば、ＡＳＥピーク波長も同様に、半導体光増幅器の劣化を知る指標とすることができる。
【００４８】
図７は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子の利得変化とＡＳＥ出力変化の相関関係を示す図である。なお、図７では、半導体光増幅素子１の動作電流が８０ｍＡでの利得変化とＡＳＥ出力変化との相関を示す。
ここで、半導体光増幅素子１の利得変化とＡＳＥ出力変化には比例関係があり、利得ｌｄＢの低下はＡＳＥ出力ｌｄＢの低下に相当することがわかる。
【００４９】
従って、半導体光増幅素子１のＡＳＥ出力を監視し、図７の相関関係を参照することで、半導体光増幅素子１の利得の低下の程度を知ることができる。
また、利得一定動作の場合も、図７の相関関係から、利得ｌｄＢの変化が動作電流の何％の増加に相当するかがわかる。すなわち、図５に示すように、動作電流に対するＡＳＥ出力はほぼ直線的に増加し、ある程度の半導体光増幅素子１の劣化に対しても、この関係は維持されることから、ＡＳＥ出力のｌｄＢの変化、すなわち、利得ｌｄＢの変化は、動作電流の何％増加に相当するかを判別することができる。従って、動作電流の増加からも、利得低下を監視することが可能である。
【００５０】
このように、上述した第１実施形態によれば、キャリア密度に関係するパラメータのうち、特に、利得変化とＡＳＥ出力変化との相関関係を用いることで、ＡＳＥ出力低下をモニタするだけで、半導体光増幅素子１の利得低下を監視することができる。
このため、半導体光増幅素子１の劣化を容易に監視することが可能となり、光通信システムの保守保全を容易化して、システムの高信頼化を達成することが可能となるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００５１】
なお、上述した第１実施形態では、半導体光増幅器１の動作条件における利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係を、パーソナルコンピュータ５に記憶しておく方法について説明したが、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して、半導体光増幅器１の動作条件における利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係を取得するようにしてもよい。
【００５２】
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
図８において、半導体光増幅器２１の監視装置には、分波器２３、パワーメータ２４およびパーソナルコンピュータ２５が設けられ、パーソナルコンピュータ２５には、半導体光増幅器２１の動作条件における利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。
【００５３】
そして、半導体光増幅素子２１には、駆動電源２２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子２１に入射すると、信号光ＬＳが半導体光増幅素子２１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器２３に出射される。そして、分波器２３に出射された増幅光ＬＡは、分波器２３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００５４】
そして、分波器２３で分波された分波光ＬＤ２は、光スペクトルアナライザ２４に入射され、光スペクトルアナライザ２４にて、分波光ＬＤ２の光スペクトル分布が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子２１にて自然放出光が増幅される。
【００５５】
このため、光スペクトルアナライザ２４にはＡＳＥが入射され、ＡＳＥ出力のスペクトル分布が測定される。
そして、光スペクトルアナライザ２４にてＡＳＥピーク波長が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ２５に取り込まれる。
また、パーソナルコンピュータ２５は、分波光ＬＤ２の光パワーデータを取り込み、その光パワーデータに基づいて、分波光ＬＤ２が信号光かＡＳＥかを判断する。
【００５６】
そして、パーソナルコンピュータ２５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、分波光ＬＤ２のＡＳＥピーク波長を初期値と比較し、ＡＳＥピーク波長の差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子２１の利得変化を算出する。
図９は、本発明の一実施形態に係る半導体光増幅素子２１の利得変化とＡＳＥピーク波長変化の相関関係を示す図である。なお、図９では、半導体光増幅素子２１の動作電流が４０ｍＡでの利得変化とＡＳＥピーク波長変化の相関関係を示す。
【００５７】
ここで、半導体光増幅素子２１の利得変化とＡＳＥ出力変化には比例関係があり、利得ｌｄＢの低下は、ＡＳＥピーク波長１ｎｍの長波長側への変化に相当することがわかる。
従って、半導体光増幅素子２１のＡＳＥピーク波長を監視し、図９の相関関係を参照することで、半導体光増幅素子２１の利得の低下の程度を知ることができる。
【００５８】
このように、上述した第２実施形態によれば、キャリア密度に関係するパラメータのうち、特に、利得変化とＡＳＥピーク波長との相関関係を用いることで、ＡＳＥピーク波長変化をモニタするだけで、半導体光増幅素子２１の利得低下を監視することができる。
このため、半導体光増幅素子２１の劣化を容易に監視することが可能となり、光通信システムの保守保全を容易化して、システムの高信頼化を達成することが可能となるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００５９】
なお、上述した第２実施形態では、半導体光増幅器２１の動作条件における利得変動と自然放出光のピーク波長変動との相関関係を、パーソナルコンピュータ２５に記憶しておく方法について説明したが、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して、半導体光増幅器２１の動作条件における利得変動と自然放出光のピーク波長変動との相関関係を取得するようにしてもよい。
【００６０】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
図１０において、半導体光増幅器３１の監視装置には、分波器３３、パワーメータ３４およびパーソナルコンピュータ３５が設けられ、パーソナルコンピュータ３５には、半導体光増幅器３１の利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係に加え、半導体光増幅器３１の動作条件におけるＡＳＥ出力と駆動電流との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。
【００６１】
ここで、半導体光増幅器３１の動作条件としては、例えば、半導体光増幅器３１の駆動電流や、入力光強度、通電時間などを挙げることができる。
そして、半導体光増幅素子３１には、駆動電源３２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子３１に入射すると、信号光ＬＳは半導体光増幅素子３１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器３３に出射される。そして、分波器３３に出射された増幅光ＬＡは、分波器３３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００６２】
そして、分波器３３で分波された分波光ＬＤ２は、パワーメータ３４に入射され、パワーメータ３４にて分波光ＬＤ２の光出力強度が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子３１にて自然放出光が増幅される。
このため、パワーメータ３４にはＡＳＥが入射され、ＡＳＥ出力強度が測定される。
【００６３】
そして、パワーメータ３４にて分波光ＬＤ２の光出力強度が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ３５に取り込まれる。
パーソナルコンピュータ３５は、分波光ＬＤ２の光出力強度の測定データを取り込むと、例えば、分波光ＬＤ２の光パワーを用いて、信号光かＡＳＥかを判断する。
【００６４】
そして、パーソナルコンピュータ３５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、ＡＳＥパワーを初期値と比較し、ＡＳＥパワーの差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥパワー変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子３１の利得変化を算出し、半導体光増幅素子３１の劣化の程度を見積もる。
さらに、パーソナルコンピュータ３５は、ＡＳＥ出力と駆動電流との相関関係を参照し、ＡＳＥパワーの差分がゼロになるまで、駆動電源３２の電流を増加させる。
【００６５】
これにより、半導体光増幅素子３１のＡＳＥ出力を一定に保つことができ、利得も一定に保持することが可能となることから、導体光増幅素子３１が劣化した場合においても、導体光増幅素子３１の寿命の延長を図ることができる。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化方法を示す図である。
【００６６】
図１１において、半導体光増幅素子３１の通電時間（例えば、０ｈ、３００ｈ、１７００ｈ、３２３７ｈ）が増加すると、ＡＳＥ出力が減少し、例えば、ＡＳＥ出力が５ｍＷの条件で、半導体光増幅素子３１を３００ｈだけ動作させると、ＡＳＥ出力が５ｍＷ→４ｍＷ（１ｄＢ相当）に低下することがわかる。
一方、図７の関係を参照することにより、ＡＳＥ出力の１ｄＢの変化は、利得１ｄＢの変化に対応することがわかる。
【００６７】
このため、例えば、１ｄＢの利得変化を補償するには、ＡＳＥ出力を１ｄＢｂだけ上昇させて、ＡＳＥ出力を５ｍＷに戻せばよく、通電時間が３００ｈの時に、ＡＳＥ出力を５ｍＷにするには、図１１の関係から、動作電流を初期値から１３％だけ増加させればよいことがわかる。
この結果、パーソナルコンピュータ３５は、通電時間が３００ｈの時に、動作電流が初期値から１３％だけ増加するように、駆動電源３２を制御することにより、半導体光増幅素子３１の利得を一定に維持することができる。
【００６８】
このように、上述した第３実施形態によれば、半導体光増幅素子３１の劣化の程度をＡＳＥ出力変化から見積もるとともに、駆動電流を増加させて半導体光増幅素子３１の劣化分を補償することで、半導体光増幅素子３１の長寿命化が可能となり、光通信システムの信頼性向上を図りつつ、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００６９】
図１２は、本発明の第４実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
図１２において、半導体光増幅素子４１の監視装置には、分波器４３、パワーメータ４４およびパーソナルコンピュータ４５が設けられ、パーソナルコンピュータ４５には、半導体光増幅素子４１の利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係に加え、半導体光増幅素子４１のＡＳＥピーク波長と駆動電流との相関関係が登録された相関テーブルが設けられている。
【００７０】
そして、半導体光増幅素子４１には、駆動電源４２から駆動電流が供給され、活性領域にキャリアの反転分布が形成された状態で、信号光ＬＳが半導体光増幅素子４１に入射すると、信号光ＬＳが半導体光増幅素子４１にて増幅され、増幅光ＬＡが分波器４３に出射される。そして、分波器４３に出射された増幅光ＬＡは、分波器４３にて分波され、分波光ＬＤ１、ＬＤ２が出射される。
【００７１】
そして、分波器４３で分波された分波光ＬＤ２は、光スペクトラムアナライザ４４に入射され、光スペクトラムアナライザ４４にて、分波光ＬＤ２の光スペクトル分布が測定される。
ここで、信号光ＬＳがない場合には、半導体光増幅素子４１にて自然放出光が増幅される。
【００７２】
このため、光スペクトラムアナライザ４４にはＡＳＥが入射され、ＡＳＥピーク波長が測定される。
そして、光スペクトラムアナライザ４４にて分波光ＬＤ２のＡＳＥピーク波長が測定されると、その測定データがパーソナルコンピュータ４５に取り込まれる。
【００７３】
また、パーソナルコンピュータ４５は、分波光ＬＤ２の光出力強度の測定データを取り込み、例えば、分波光ＬＤ２の光パワーを用いて、信号光かＡＳＥかを判断する。
そして、パーソナルコンピュータ４５は、分波光ＬＤ２がＡＳＥと判断した場合、ＡＳＥピーク波長を初期値と比較し、ＡＳＥピーク波長の差分を計算する。そして、利得変動とＡＳＥピーク波長変動との相関関係を参照することにより、半導体光増幅素子４１の利得変化を算出し、半導体光増幅素子４１の劣化の程度を見積もる。
【００７４】
さらに、パーソナルコンピュータ４５は、ＡＳＥピーク波長と駆動電流との相関関係を参照し、ＡＳＥピーク波長の差分がゼロになるまで、駆動電源４２の電流を増加させる。
これにより、半導体光増幅素子４１のＡＳＥピーク波長を一定に保つことができ、利得も一定に保持することが可能となることから、導体光増幅素子４１が劣化した場合においても、導体光増幅素子４１の寿命の延長を図ることができる。
【００７５】
このように、上述した第４実施形態によれば、半導体光増幅素子４１の劣化の程度をＡＳＥピーク波長変化から見積もるとともに、駆動電流を増加させて半導体光増幅素子４１の劣化分を補償することで、半導体光増幅素子４１の長寿命化が可能となり、光通信システムの信頼性向上を図りつつ、光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、半導体光増幅器の利得変化を見積もるために、ＡＳＥパワーを用いる方法とＡＳＥピーク波長を用いる方法を例にとって説明したが、ＡＳＥパワーまたはＡＳＥピーク波長以外にも、キャリア密度に関係するパラメータならば何でもよく、例えば、ＡＳＥ平均波長などを用いるようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光増幅器からの出射光を監視することで、半導体光増幅素子の利得変化分を容易に算出することが可能となり、半導体光増幅素子の特性劣化を容易に判別することが可能となることから、光通信システム全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の電流−利得特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の電流−ＡＳＥ出力特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得の経時変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器のＡＳＥ出力特性の経時変化を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得変化とＡＳＥ出力変化の相関関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る半導体光増幅器の監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体光増幅器の利得変化とＡＳＥピーク波長変化の相関関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器の補償化方法を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る半導体光増幅器の補償化装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１ 半導体光増幅素子
２、２２、３２、４２ 駆動電源
３、２３、３３、４３ 分波器
４、３４ パワーメータ
５、２５、３５、４５ パーソナルコンピュータ
ＬＳ 信号光
ＬＡ 増幅光
ＬＤ１、ＬＤ２ 分波光
１１ ｎ−ＩｎＰクラッド層
１２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１３ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１４ ｎ側電極
１５ ｐ側電極
１６、１７ 反射防止膜
ＬＩ 入射光
ＬＯ 出射光
２４、４４ 光スペクトルアナライザ
Claims (7)
- 光増幅器からの出射光の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段により検出された出射光の強度に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断する自然放出光判断手段と、
前記自然放出光判断手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出する強度変動検出手段と、
前記強度変動検出手段により検出された自然放出光の強度変動に基づいて、光増幅器の利得を監視する利得監視手段とを備えることを特徴とする光増幅器の監視装置。 - 光増幅器の利得変動と自然放出光の強度変動との相関関係が登録された相関テーブルをさらに備え、
前記利得監視手段は、前記相関テーブルの参照結果に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出することを特徴とする請求項１記載の光増幅器の監視装置。 - 光増幅器からの出射光の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段により検出された出射光の強度に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断する自然放出光判断手段と、
前記自然放出光判断手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出する強度変動検出手段と、
前記強度変動検出手段にて自然放出光と判断された出射光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得の変動分を算出する利得変動算出手段と、
前記利得の変動分に対応する電流値の差分を算出する駆動電流算出手段と、
前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段とを備えることを特徴とする光増幅器の補償化装置。 - 光増幅器からの出射光の強度を検出するステップと、
前記出射光の強度の検出結果に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、
前記自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出するステップと、
前記自然放出光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出するステップとを備えることを特徴とする光増幅器の監視方法。 - 光増幅器からの出射光の強度を検出するステップと、
前記出射光の強度の検出結果に基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、
前記自然放出光と判断された出射光の強度変動を検出するステップと、
前記自然放出光の強度変動に基づいて、前記光増幅器の利得変動を算出するステップと、
前記光増幅器の利得変動に対応する電流値の差分を算出するステップと、
前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させるステップとを備えることを特徴とする光増幅器の補償化方法。 - 光増幅器からの出射光の強度データを取得するステップと、
前記出射光の強度データに基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、
前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データを取得するステップと、
前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データに基づいて、前記光増幅器の利得変動値を算出するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする光増幅器の監視プログラム。 - 光増幅器からの出射光の強度データを取得するステップと、
前記出射光の強度データに基づいて、自然放出光か、増幅信号光かを判断するステップと、
前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データを取得するステップと、
前記自然放出光と判断された出射光の強度変動データに基づいて、前記光増幅器の利得変動値を算出するステップと、
前記光増幅器の利得変動値に対応する電流値の差分を算出するステップと、
前記電流値の差分だけ前記光増幅器の駆動電流を増加させるステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする光増幅器の補償化プログラム。
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