JP4184719B2 - 光ファイバ増幅器の自動利得制御装置 - Google Patents

光ファイバ増幅器の自動利得制御装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器(fiber amplifier)に関し、特に、光ファイバ増幅器の自動利得制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ増幅器において、チャンネル(channel)間の利得平坦化とＮＦ(noise figure)問題が発生するにつれて、入力チャンネル数の変化や入力光の強さの変化によって各チャンネルの利得を自動的に一定に保持させる利得制御装置が要求されてきた。光学素子を利用した利得制御方法は効率的ではあるが、エルビウム添加光ファイバ増幅器の構造が複雑になり、エルビウム添加光ファイバ増幅器の位置による条件によって動作パラメータ(operating parameter)のチューニング(tuning)が難しいという問題点がある。これに対して、ポンピング光源(pumping light source)に供給されるバイアス電流(bias current)の制御を通じてポンピング光の強さを調節する方法の実現は容易である。
【０００３】
しかし、使用するポンピング光源の種類によってその利得特性が異なる場合が頻繁に発生し、ユーザーが要求する利得特性と一致しないという問題が発生する。このような場合に、ユーザーは、それぞれの光ファイバ増幅器を手動でチューニングしなければならないという難点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ユーザーが所望の利得値を設定すれば、自動的に光ファイバ増幅器の利得値をチューニングすることができる光ファイバ増幅器の自動利得制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するために、本発明による光ファイバ増幅器の利得値を制御するための補償信号を出力する自動利得制御装置において、前記光ファイバ増幅器へ入力される光信号のうちの一部を第１電気信号へ変換して出力する第１光検出部と、前記光ファイバ増幅器から出力される光信号のうちの一部を第２電気信号へ変換して出力する第２光検出部と、第１制御信号によって設定された第１利得値を有し、前記第１電気信号を前記第１利得値によって増幅した第１増幅信号を出力する第１プログラマブル増幅部と、第２制御信号によって設定された第２利得値を有し、前記第２電気信号を前記第２利得値によって増幅した第２増幅信号を出力する第２プログラマブル増幅部と、前記第１増幅信号のパワーと前記第２電気信号のパワーとの偏差に対応する前記補償信号を出力するＰＩＤと、前記第２利得値を第３利得値に基づく値に設定するために、前記第２制御信号を前記第２プログラマブル増幅器へ出力し、前記第１電気信号のパワーと前記第２増幅信号のパワーとが一致するまで前記第１プログラマブル増幅部の前記第１利得値を変化させることにより、前記光ファイバ増幅器の利得値を前記第３利得値に変更する制御部とを含むことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【０００７】
図１は、本発明の好適な実施形態による光ファイバ増幅器の自動利得制御装置の構成を示す図である。図１は、第１ビームスプリッタ１１０及び第２ビームスプリッタ１５０、光アイソレータ１２０、エルビウム添加光ファイバ１３０、光結合器１４０、ポンピング光源１６０、ポンピング光源駆動部１７０、及び自動利得制御装置２００を示している。
【０００８】
前記第１ビームスプリッタ１１０または第２ビームスプリッタ１５０は、第１端子へ入力された光信号の一部を出力し、第２端子へ残りの光信号を出力する。前記第１ビームスプリッタ１１０及び第２ビームスプリッタ１５０は、入力された光信号の強さを分割する光素子であり、その分割された光信号の強さ比率は使用者が任意に設定することができる。前記第１ビームスプリッタ１１０及び第２ビームスプリッタ１５０としてはＹ分岐形光導波路を使用することができる。
【０００９】
前記光アイソレータ１２０は、前記入力光信号の逆方向に光が進行することを防止する。前記逆方向の光は、ポンピング光、反射光などの光を意味する。
【００１０】
前記エルビウム添加光ファイバ１３０は、励起されたエルビウムイオンの誘導放出効果を利用して前記入力された光信号を増幅する。このとき、前記エルビウム添加光ファイバ１３０の増幅利得は、入力されるポンピング光の強さによって調節される。
【００１１】
前記ポンピング光源１６０は、特定の波長のポンピング光を出力し、前記ポンピング光の強さは、印加されたバイアス電流によって調節される。前記ポンピング光源１６０としては、レーザダイオード(laser diode)、及びレーザ発光ダイオード(laser light emitting diode)などを使用することができる。
【００１２】
前記ポンピング光源駆動部１７０は、前記ポンピング光源１６０を駆動するためのバイアス電流を出力し、前記バイアス電流は、入力された補償信号によって制御される。
【００１３】
前記光結合器１４０は、前記エルビウム添加光ファイバ１３０から第１端を通じて入力された増幅された光信号を第３端へ出力し、前記ポンピング光源１６０から第２端を通じて入力されたポンピング光を前記エルビウム添加光ファイバ１３０の方へ出力する。前記光結合器１４０としては、光導波路列格子のような波長分割多重化器を使用することができる。
【００１４】
前記自動利得制御装置２００は、第１光検出部２１０、第２光検出部２２０、第１プログラマブル増幅部(programmable amplifier)２３０、第２プログラマブル増幅部２４０、第１アナログ／ディジタル変換部２５０、第２アナログ／ディジタル変換部２６０、ＰＩＤ(proportional integral derivative)２７０、ユーザーインターフェース３００、制御部２８０、及びメモリ２９０で構成される。
【００１５】
前記第１光検出部２１０は、前記第１ビームスプリッタ１１０の第１端を通じて入力された光信号を第１電気信号へ変換し、前記第１電気信号は、前記第１プログラマブル増幅部２３０及び第１アナログ／ディジタル変換部２５０へ入力される。前記第１光検出部２１０としては、フォトダイオード(photodiode)を使用することができる。
【００１６】
前記第２光検出部２２０は、前記第２ビームスプリッタ１５０の第１端を通じて入力された光信号を第２電気信号へ変換し、前記第２電気信号を前記ＰＩＤ２７０及び第２プログラマブル増幅部２４０へ出力する。
【００１７】
前記第１プログラマブル増幅部２３０は、前記制御部２８０から入力された第１制御信号によって第１利得値Ａ１が設定され、前記第１光検出部２１０から入力された第１電気信号を設定された第１利得値Ａ１によって増幅した第１増幅信号を出力する。
【００１８】
前記第２プログラマブル増幅部２４０は、前記制御部２８０から入力された第２制御信号によって第２利得値Ａ２が設定され、前記第２光検出部２２０から入力された第２電気信号を設定された第２利得値Ａ２によって増幅した第２増幅信号を出力する。
【００１９】
前記ＰＩＤ２７０は、前記第１増幅信号のパワーと前記第２電気信号のパワーとの偏差に該当する補償信号を前記ポンピング光源駆動部１７０へ出力し、前記ポンピング光源駆動部１７０は、前記補償信号によるバイアス電流を出力する。前記ＰＩＤ２７０は、前記第１増幅信号のパワーを設定値とし、前記第２電気信号のパワーを測定値とすることにより、前記第１増幅信号のパワーと前記第２電気信号のパワーとの偏差を除去するための補償信号を出力するフィードバック制御系(feedback control system)の一種である。
【００２０】
前記第１アナログ／ディジタル変換部２５０は、前記第１光検出部２１０から入力された第１電気信号をディジタル信号へ変換した後に前記制御部２８０へ出力する。
【００２１】
前記第２アナログ／ディジタル変換部２６０は、前記第２プログラマブル増幅部２４０から入力された第２増幅信号をディジタル信号へ変換した後に前記制御部２８０へ出力する。
【００２２】
前記ユーザーインターフェース３００は、ユーザーの入力を受信するための素子である。前記ユーザーは、前記ユーザーインターフェース３００を通じて自分が望む前記光ファイバ増幅器の第３利得値Ａ３を示すデータを前記制御部２８０へ伝送する。
【００２３】
前記制御部２８０は、前記第１アナログ／ディジタル変換部２５０から受信した第１電気信号のパワーと前記第２アナログ／ディジタル変換部２６０から受信した第２増幅信号のパワーとを算出する。この後、ユーザーインターフェース３００を通じて前記光ファイバ増幅器の利得値を第３利得値Ａ３に変更するデータを受信した場合に、前記第２プログラマブル増幅部２４０の利得値を前記第３利得値Ａ３に基づく第２利得値Ａ２に設定するための前記第２制御信号を出力し、前記第１電気信号のパワーと前記第２増幅信号のパワーとが一致するまで前記第１プログラマブル増幅部２３０の第１利得値Ａ１を変化させる。この後、前記第１電気信号のパワーと前記第２増幅信号のパワーとが一致すると、前記制御部２８０は、第１制御信号の出力を中止し、前記のような過程を通じて設定された第１乃至第３利得値Ａ３を前記メモリに貯蔵する。
【００２４】
図２は、本発明による光ファイバ増幅器の利得を自動的に制御するための方法を示すフローチャートである。
【００２５】
前記自動利得制御方法は、入力待機過程３１０、ユーザー入力確認過程３２０、初期化過程３３０、第１及び第２電気信号の生成過程３４０、第１及び第２増幅信号の生成過程３５０、補償信号の生成過程３６０、入力側パワーと出力側パワーとの比較過程３７０、及びループ変数増加過程３８０で構成される。以下、図１及び図２を参照して説明する。
【００２６】
前記入力待機過程３１０及びユーザー入力確認過程３２０は、ユーザーインターフェース３００を通じてデータが受信されるまで前記光ファイバ増幅器の設定をそのまま保持し、データが受信された場合は、下記のような自動利得制御過程を進行するための準備過程である。
【００２７】
前記初期化過程３３０は、前記ユーザーインターフェース３００を通じて受信されたデータが示す前記光ファイバ増幅器の第３利得値Ａ３を前記メモリ２９０に格納し、前記第２プログラマブル増幅部２４０が前記第３利得値Ａ３に対応する第２利得値Ａ２を有するように第２制御信号を出力する過程である。この後、前記第２プログラマブル増幅部２４０は、前記第２制御信号によって自分の利得値を更新された第２利得値Ａ２に調節する。その他、第１及び第２電気信号の生成過程３４０、第１及び第２増幅信号の生成過程３５０、補償信号の生成過程３６０、及び入力側パワーと出力側パワーとの比較過程３７０で構成される反復ループの増減値ｄＡを設定する。以下、第１電気信号及び第１増幅信号のパワーは０ｄＢｍ、第３利得値Ａ３は２０ｄＢｍ、第２利得値Ａ２は−２０ｄＢｍ、増減値ｄＡは１ｄＢｍであると仮定する。このとき、前記増減値ｄＡは、任意に設定される値である。しかし、前記第２利得値Ａ２は、前記第３利得値Ａ３によって決定される値である。ここで、前記第２利得値Ａ２は、−(第３利得値Ａ３)を示している。
【００２８】
前記第１及び第２電気信号の生成過程３４０は、第１ビームスプリッタ１１０、第２ビームスプリッタ１５０、第１光検出部２１０、及び第２光検出部２２０を利用して入力光信号及び出力光信号を第１及び第２電気信号へ変換する過程である。
【００２９】
前記第１及び第２増幅信号の生成過程３５０は、第１プログラマブル増幅部２３０及び第２プログラマブル増幅部２４０を利用して、前記第１及び第２電気信号を増幅した第１及び第２増幅信号を出力する過程である。このとき、第１電気信号のパワーは０ｄＢｍであり、第２増幅信号のパワーは−２０ｄＢｍである。また、ＰＩＤ２７０に入力される第１増幅信号のパワーは０ｄＢｍであり、第２電気信号のパワーも０ｄＢｍであるので、第１増幅信号のパワーと第２電気信号のパワーとの偏差はない。
【００３０】
前記補償信号の生成過程３６０は、前記ＰＩＤ２７０が前記第１増幅信号のパワーと第２電気信号のパワーとの偏差に該当する補償信号を生成する過程である。このとき、前記のように、第１増幅信号のパワーと第２電気信号のパワーとの偏差はないので、補償信号は出力されない。
【００３１】
前記入力側パワーと出力側パワーとの比較過程３７０は、前記制御部２８０へ入力される第１電気信号のパワーと第２増幅信号のパワーとを比較する過程である。このとき、前記第１電気信号のパワーは０ｄＢｍであり、前記第２増幅信号のパワーは−２０ｄＢｍであるので、そのパワー差は−２０ｄＢｍになる。すなわち、入力側パワーと出力側パワーとは同一ではない。入力側パワーと出力側パワーとが同一であれば、前記制御部２８０は、設定された第１利得値Ａ１乃至第３利得値Ａ３を前記メモリ２９０に格納した後に、前記ユーザー入力確認過程３２０へ進行する。
【００３２】
前記ループ変数増加過程３８０は、入力側パワーと出力側パワーとが同一ではない場合に実行される過程であり、第１利得値Ａ１を設定された増減値ｄＡだけ増加または減少させる過程である。このとき、前記増減値ｄＡは１ｄＢｍであるので、第１利得値Ａ１は０ｄＢｍから１ｄＢｍへ増加する。前記制御部２８０は、前記第１利得値Ａ１を増加させるための第１制御信号を前記第１プログラマブル増幅部２３０へ出力する。
【００３３】
この後、前記ＰＩＤ２８０に入力される第１増幅信号のパワーは、１ｄＢｍであるのに対して、第２電気信号のパワーは０ｄＢｍであるので、前記ＰＩＤ２７０は、１ｄＢｍの偏差をなくすための補償信号を出力する。このとき、第２電気信号のパワーを増加させるには、ポンピング光の強さを増加させることになるので、このために、前記補償信号を受信したポンピング光源駆動部１７０は、前記ポンピング光源１６０に印加するバイアス電流の量を増加させる。
【００３４】
この後、前記第１及び第２電気信号の生成過程３４０、第１及び第２増幅信号の生成過程３５０、補償信号の生成過程３６０、入力側パワーと出力側パワーとの比較過程３７０、及びループ変数増加過程３８０は、前記制御部２８０へ入力される入力側パワーと出力側パワーとが一致するまで反復される。
【００３５】
前述した過程を完了した後、前記第１電気信号のパワーは０ｄＢｍ、第２電気信号のパワーは２０ｄＢｍ、第１増幅信号のパワーは２０ｄＢｍ、第２増幅信号のパワーは０ｄＢｍとなる。結果的に、前記光ファイバ増幅器の利得値は２０ｄＢｍになり、これは、前記ユーザーが要求した第３利得値Ａ３、すなわち、２０ｄＢｍと一致する。
【００３６】
前述した過程を通じて設定された前記光ファイバ増幅器へ入力される光信号のパワーが−３ｄＢｍで減少されると仮定すれば、第１電気信号のパワーも半分に減少され、第２電気信号のパワーも半分に減少される。すなわち、前記光ファイバ増幅器の利得は、(１７ｄＢｍ−(−３ｄＢｍ))=２０ｄＢｍであるので、前記光ファイバ増幅器の利得は、そのまま保持される。
【００３７】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前記実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【００３８】
【発明の効果】
以上、述べてきたように、本発明による光ファイバ増幅器の自動利得制御装置には、ユーザーが所望する増幅利得を設定すると、前記光ファイバ増幅器の利得を自動的にチューニングすることができるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光ファイバ増幅器の自動利得制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明による光ファイバ増幅器の利得を自動的に制御する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１０ 第１ビームスプリッタ
１２０ 光アイソレータ
１３０ エルビウム添加光ファイバ
１４０ 光結合器
１５０ 第２ビームスプリッタ
１６０ ポンピング光源
１７０ ポンピング光源駆動部
２００ 自動利得制御装置
２１０ 第１光検出部
２２０ 第２光検出部
２３０ 第１プログラマブル増幅部(programmable amplifier)
２４０ 第２プログラマブル増幅部
２５０ 第１アナログ／ディジタル変換部
２６０ 第２アナログ／ディジタル変換部
２７０ ＰＩＤ(proportional integral derivative)
２８０ 制御部
２９０ メモリ
３００ ユーザーインターフェース

Claims (4)

  1. 光ファイバ増幅器の利得値を制御するための補償信号を出力する自動利得制御装置において、
    前記光ファイバ増幅器へ入力される光信号のうちの一部を第１電気信号へ変換して出力する第１光検出部と、
    前記光ファイバ増幅器から出力される光信号のうちの一部を第２電気信号へ変換して出力する第２光検出部と、
    第１制御信号によって設定された第１利得値を有し、前記第１電気信号を前記第１利得値によって増幅した第１増幅信号を出力する第１プログラマブル増幅部と、
    第２制御信号によって設定された第２利得値を有し、前記第２電気信号を前記第２利得値によって増幅した第２増幅信号を出力する第２プログラマブル増幅部と、
    前記第１増幅信号のパワーと前記第２電気信号のパワーとの偏差に対応する前記補償信号を出力するＰＩＤと、
    前記第２利得値を第３利得値に対する値に設定するために、前記第２制御信号を前記第２プログラマブル増幅器へ出力し、前記第１電気信号のパワーと前記第２増幅信号のパワーとが一致するまで前記第１プログラマブル増幅部の前記第１利得値を変化させることにより、前記光ファイバ増幅器の利得値を前記第３利得値に変更する制御部と
    を含むことを特徴とする光ファイバ増幅器の自動利得制御装置。
  2. 前記第１光検出部から入力された第１電気信号をディジタル信号へ変換した後に前記制御部へ出力する第１アナログ／ディジタル変換部と、
    前記第２プログラマブル増幅部から入力された第２増幅信号をディジタル信号へ変換した後に前記制御部へ出力する第２アナログ／ディジタル変換部とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器の自動利得制御装置。
  3. ユーザーから前記第３利得値を示すデータを受信するためのユーザーインターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器の自動利得制御装置。
  4. 前記第１乃至第３利得値を格納するためのメモリをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器の自動利得制御装置。
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