JP4268153B2 - 光増幅器、光増幅器の制御方法及び光増幅中継通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光増幅器の出力を所定値に調整する光増幅器、光増幅器の制御方法及び該光増幅器を用いた光増幅中継通信システムに関するものである。

光通信装置の中継器等に用いられる光増幅器では、入力光を増幅して出力光の光パワーを一定に調整する方法として、従来は出力光パワーのみを検出し、これに基づいて励起光の光パワーを制御する方法が採られていた。

光増幅器の制御においては、増幅用ファイバに用いられるエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）の過渡特性を考慮する必要がある（非特許文献１、２、３）。すなわち、ＥＤＦに入力される入力光が変動すると、それに伴って利得が過渡的に変動するが、その際の過渡応答時間（以下では利得緩和時間という）が２〜１０μｓｅｃ程度となっている。そのため、光増幅器の設計にあたっては、光増幅器の制御周期を該利得緩和時間に比べてどのように設定するかが重要な問題となる。

従来の光増幅器の制御方法は、制御周期を前記利得緩和時間より長くして出力レベル一定制御（ＡＬＣ（Automatic Level Control）制御）を行う方法（以下では従来技術Ａとする）と、制御周期を前記利得緩和時間より短くして出力レベル一定制御（ＡＬＣ制御）を行う方法（以下では従来技術Ｂとする）とに大別することができる。

従来技術Ａあるいは従来技術Ｂのいずれの方法においても、従来は光増幅器から出力される光パワーのみをモニタリングし、この出力光パワーが一定となるよう励起用レーザの出力光パワーを制御するといった出力レベル一定制御が行われていた。
Yan Sun, et al. , "Fast power transient in WDM optical networks with cascaded EDFAs", IEEE Electronics Letters, 13th 1997, Vol.3 No.4 Alberto Bononi, et al. , "Doped-Fiber Amplifier Dynamics: A System Perspective", Journal of Lightwave Technology, May 1998, Vol.16 No.5

しかしながら、上記の従来技術Ａ及び従来技術Ｂのいずれにおいても、以下のような問題があった。

従来技術Ａあるいは従来技術Ｂでは、ＡＬＣ制御によって光増幅器の平均出力光パワーを一定に保つようにしている。しかしながら、入力光が所定の周期で”１”（オン）／”０”（オフ）となるような信号の場合には、ＡＬＣ制御により出力パワーを一定にする動作と、オン／オフ信号を歪みなく増幅する動作とを両立させることが極めて困難であった。

ＥＤＦの利得緩和時間より長い時間、例えば数１０μｓｅｃの間、入力光が瞬断、あるいはゼロ信号となった場合、上記従来技術Ａでは、入力光がゼロから回復した直後の出力光パワーが、ＥＤＦの過渡応答のために歪んでしまうという問題があった。

光増幅器の入力光が数１０μｓｅｃの間ゼロとなった後に再び元のパワーレベルに復帰したときの出力光パワーの応答を、模式的に図７に示す。同図において、光パワー６０１は光増幅器への入力光パワーを示しており、時間ｔ_０からｔ_１の間（数１０μｓｅｃとしている）瞬断あるいはゼロ信号となっている。また、光パワー６０２は、従来技術Ａに基づくＡＬＣ制御を行ったときの出力光パワーの応答を示している。従来技術Ａの制御周期を、ここでは入力光パワー６０１が瞬断あるいはゼロ信号となっている時間よりも長いとしている。

出力光６０２の応答に見られるように、従来技術Ａでは入力光パワー６０１が再び元の光パワーレベルに戻った直後に、増幅用ファイバの過渡応答のために出力光パワー６０２にオーバーシュートが発生してしまう。従来技術Ａでは、ＡＬＣ制御の制御周期が増幅用ファイバの過渡応答時間よりも長いため、出力光パワー６０２のオーバーシュートを抑制することが極めて困難となる。

すなわち、ＡＬＣ制御の制御周期が増幅用ファイバの利得緩和時間よりも長いと、該制御周期の期間に入力光６０１が瞬断あるいはゼロ信号となっても励起光パワーの制御が行われず、増幅用ファイバの励起が継続されてしまう。そのため、次に入力光パワー６０１が復帰した時点では、それまで励起されていた分だけ余計に光パワーが出力されてしまう。このように、従来技術Ａでは入力光６０１が一時的にゼロとなるような動作に対して、出力光パワー６０２を安定に制御することができないという問題があった。

また、従来技術Ｂでは以下のような問題がある。
上記と同様、ＥＤＦの利得緩和時間より長い数１０μｓｅｃの間、入力光パワーが瞬断、あるいはゼロ信号となった場合、従来技術Ｂでは、入力光パワーがゼロとなっている期間も光増幅器の出力光パワーがゼロとはならず、元の出力光パワーがそのまま維持されてしまう。そのため、増幅された出力光からは、入力光が持っていたオン／オフの情報を検知することができなくなるといった問題があった。

図７に示す模式図では、従来技術Ｂに基づくＡＬＣ制御を行ったときの出力光パワーの応答を６０３で示している。同図において、従来技術Ｂによる光増幅器からの出力光パワー６０３は、入力光パワー６０１がオフにされた後すぐに元の光パワーレベルに戻っている。

これは、入力光パワー６０１がゼロになっても、ＡＬＣ制御がすぐに動作し、出力光パワー６０３を再び元の光パワーレベルに戻すよう働くためである。その結果、出力光パワー６０３がゼロとなる前に元の光パワーレベルに戻され、該光パワーレベルに維持されてしまう。このように、従来技術Ｂによる増幅器で増幅された出力光６０３からは、入力光６０１が有していたオン／オフの情報を検知することができなくなるといった問題があった。

上記の通り従来の技術では、光増幅器の出力光レベルを一定に保ちつつ、入力光が短時間、瞬断あるいはオフ状態になった場合でも、出力光パワーを歪みなく増幅させることは極めて困難であった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、光増幅器の出力光レベルを一定に保ちつつ、入力光が変化した場合にも出力光パワーを歪みなく増幅させることができる光増幅器、光増幅器の制御方法及び該光増幅器を用いた光増幅中継通信システムを提供することを目的とする。

この発明の光増幅器の第１の態様は、入力光パワーに基づいて増幅用ファイバの利得を制御することで、出力光パワーが一定になるように制御する光増幅器において、
前記増幅用ファイバと、
前記増幅用ファイバに励起光を供給する励起用ＬＤ（レーザダイオード）と、
前記励起用ＬＤの駆動電流を制御する駆動電流制御回路と、
前記増幅用ファイバへの入力光の一部を受光して入力光パワーを第１の電気信号として出力する第１の受光回路と、
前記増幅用ファイバからの出力光の一部を受光して出力光パワーを第２の電気信号として出力する第２の受光回路と、
前記増幅用ファイバの利得目標値を制御目標値とし、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを入力して算出した利得値が前記制御目標値と一致するよう前記駆動電流制御回路に制御信号を出力する第１の制御回路と、
前記第１の受光回路から前記第１の電気信号を入力して前記第１の制御回路の前記制御目標値を算出して前記第１の制御回路に供給する第２の制御回路と
を備え、
前記第１の制御回路から出力される制御信号の制御周期は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より短く、
前記第２の制御回路から出力される利得目標値の制御周期は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より長い、ことを特徴とする光増幅器である。

第２の態様は、前記増幅用ファイバが、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）からなることを特徴とする光増幅器である。

第３の態様は、前記第１の制御回路は、前記励起用ＬＤの光出力パワー目標値あるいは駆動電流目標値を前記制御信号として出力することを特徴とする光増幅器である。

第４の態様は、前記第１の制御回路の制御周期は、１０μｓｅｃより短い
ことを特徴とする光増幅器である。

第５の態様は、前記第２の制御回路の制御周期が、１０μｓｅｃより長い
ことを特徴とする光増幅器である。

第６の態様は、前記第１の制御回路が、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とから求めた前記利得値を前記利得目標値に一致させるよう比例・積分制御を行うことを特徴とする光増幅器である。

第７の態様は、増幅用ファイバと、
前記増幅用ファイバに励起光を供給する励起用ＬＤ（レーザダイオード）と、
前記励起用ＬＤの駆動電流を制御する駆動電流制御回路と、
前記増幅用ファイバへの入力光の一部を受光して入力光パワーを第１の電気信号として出力する第１の受光回路と、
前記増幅用ファイバからの出力光の一部を受光して出力光パワーを第２の電気信号として出力する第２の受光回路と、
前記駆動電流制御回路を制御する第１の制御回路と、
前記第１の制御回路の前記制御目標値を算出して前記第１の制御回路へ出力する第２の制御回路と、
を備え、入力光パワーに基づいて、前記増幅用ファイバの利得目標値を制御目標値として前記増幅用ファイバの利得を制御することで、出力光パワーが一定になるように制御する光増幅器の制御方法において、
前記第１の受光回路から前記第１の電気信号を入力した第２の制御回路により、前記第１の制御回路の前記制御目標値を算出して前記第１の制御回路に供給し、
第１の電気信号と前記第２の電気信号とを入力した前記第１の制御回路により算出した利得値が、前記制御目標値と一致するように、制御信号を前記駆動電流制御回路に出力し、
前記第１の制御回路から出力される制御信号は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より短い周期で制御すると共に、
前記第２の制御回路から出力される利得目標値の制御は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より長い周期で制御する、ことを特徴とする光増幅器の制御方法である。

第８の態様は、第１の態様乃至第６の態様のいずれかに記載の光増幅器が、送信端と受信端の間に１つ以上設けられる、ことを特徴とする光増幅中継通信システムである。

以上説明したように本発明によれば、光増幅器の平均出力光パワーを一定に保ちつつ、増幅器への入力光パワーが急峻に変動した場合でも、ＥＤＦ等の増幅用ファイバが有する利得の過渡変動によって信号歪みが生じるのを抑制できる光増幅器、光増幅器の制御方法及び光増幅中継通信システムを提供することができる。

また、光通信システムにおいて、送信端と受信端の間に設けられる光増幅中継通信装置に本発明の光増幅器を適用することにより、送信端から送出された光信号を受信端に歪みなく送信することが可能となる。

本発明の光増幅器は、利得一定制御と該利得一定制御の利得目標値の更新とを適切な周期で行わせることによって、出力光に歪みの伴わない出力光レベル一定制御を実現している。このために、入力光パワーと出力光パワーの両方をモニタリングしており、前記利得一定制御では、前記入力光パワーと前記出力光パワーの両方に基づいて制御を行っている。また、前記利得目標値の更新では、前記入力光パワーを用いて前記利得目標値を動的に変更するようにしている。

さらに、本発明の光増幅器では、前記利得一定制御に係る制御周期を増幅用ファイバであるＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）の利得緩和時間（数μｓｅｃ）より短くする一方、前記利得目標値の更新に係る更新周期を前記利得緩和時間より長く設定している。

以下では、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光増幅器について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

図１は、本発明の実施の形態に係る光増幅器の概略の構成を示すブロック図である。
光増幅器１は、入力光１０１を入力光コネクタ２から取り込み、これを増幅用ファイバ３で増幅して出力光コネクタ４から出力光１０２として送出する。また光増幅器１は、入力光１０１を増幅用ファイバ３で増幅するために、励起用レーザダイオード（ＬＤ）５を有しており、励起用ＬＤ５から出力される励起光１０３が増幅用ファイバ３に入射されるように構成されている。増幅用ファイバ３としては、例えばＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）を用いることができる。

出力光１０２の光パワーレベルは、増幅用ファイバ３の利得によって決まるため、該光パワーレベルを所望の大きさに調整するために、増幅用ファイバ３の利得調整が行われる。この利得調整は、励起用ＬＤ５から出力される励起光１０３の光パワーを制御することによって行うことができる。

本実施形態の光増幅器１では、励起用ＬＤ５から出力される励起光１０３を制御するために、出力光１０２だけでなく入力光１０１もモニタリングしている。入力光１０１をモニタリングするために、入力光コネクタ２から取り込まれた入力光１０１の一部が、分岐カプラ６で分岐されてフォトダイオード８に送られ、ここで電流信号１０４に変換される。そして、電流信号１０４は電流電圧変換回路１０に送られ、電流電圧変換回路１０で電気信号の入力光パワー信号１０６に変換されて出力される。

また、出力光１０２をモニタリングするために、増幅用ファイバ３で増幅された出力光１０２の一部が、分岐カプラ７で分岐されてフォトダイオード９に送られ、ここで電流信号１０５に変換される。そして、電流信号１０５は電流電圧変換回路１１に送られ、電流電圧変換回路１１で電気信号の出力光パワー信号１０７に変換されて出力される。

本実施形態では、増幅用ファイバ３に対する利得一定制御を演算器１２で行わせるようにしており、演算器１２では、入力光パワー信号１０６と出力光パワー信号１０７の両方を入力して利得一定制御を実現している。利得一定制御を行う演算器１２は、演算増幅器を用いたアナログ回路でもよいし、マイクロプロセッサもしくはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いたデジタル信号処理回路であってもよい。

増幅用ファイバ３の利得調整を行う励起用ＬＤ５は、供給される駆動電流１０８を介して励起用ＬＤ駆動回路１４によって制御されている。励起用ＬＤ駆動回路１４は、励起用ＬＤ５から出力される励起光１０３に対する光パワー目標値、あるいは駆動電流１０８に対する駆動電流目標値に基づいて駆動電流１０８を制御している。

演算器１２において実行される前記利得一定制御は、励起光１０３に対する前記光パワー目標値あるいは駆動電流１０８に対する前記駆動電流目標値を算出している。演算器１２は、算出した前記光パワー目標値あるいは前記駆動電流目標値を、前記演算増幅器の出力電圧もしくはＤ／Ａコンバータで変換された出力電圧からなる電気信号１０９として励起用ＬＤ駆動回路１４に出力する。

一方、演算器１２で実行される前記利得一定制御に用いられる前記利得目標値は、利得目標値設定回路１３によって周期的に更新される。利得目標値設定回路１３は、電流電圧変換回路１０から入力光パワー信号１０６を入力しており、これに基づいて最新の利得目標値１１０を所定の周期で算出し、これを演算器１２に出力するようにしている。

上記のようにして、前記利得目標値は、前記入力光パワーに基づいて前記出力光パワーが一定になるように増減される。なお、入力光１０１の光パワーレベルと前記利得一定制御の利得目標値との間には、図２に示すような関係を持たせている。図２は、横軸が入力光１０１の光パワーレベル、縦軸が前記利得目標値であり、２０１は入力光パワーに対する利得目標値の関係を表している。前記出力光レベル一定制御のためには、入力光１０１の光パワーレベルが増加するときには前記利得目標値を減少させる必要があり、逆に入力光１０１の光パワーレベルが減少するときには前記利得目標値を増加させる必要がある。そこで、前記利得目標値は入力光１０１の光パワーレベルに対して、単調減少するように設定される。

図２に示すような入力光１０１の光パワーレベルと前記利得一定制御の利得目標値との関係２０１は、次式のような数式で表すことができる。
Gset = Pouts − Pinm [dB]（式１）
Gset：利得目標値
Pinm：入力光パワーレベル
Pouts：出力光１０２の光パワーレベル（固定値）
但し、上式の入力光１０１の光パワーレベルとして、入力光パワー信号１０６が用いられる。

利得目標値設定回路１３で行われる前記利得目標値の更新は、（式１）に基づいて利得目標値１１０を算出して更新させるようにしてもよいし、図２の関係を表形式にして利得目標値設定回路１３の記憶部に保持させておき、これを参照して利得目標値１１０を更新させるようにしてもよい。

次に、演算器１２で行われる前記利得一定制御の制御周期、及び利得目標値設定回路１３で行われる利得目標値１１０の更新周期について、以下で詳細に説明する。前記制御周期及び前記更新周期は、増幅用ファイバ３が有している利得緩和時間を基準に決定される。

前記利得緩和時間は、増幅用ファイバ３に入力される入力光１０１の光パワーが変化したときに、出力光１０２の利得が所定の値に達するまでに要する時間である。図３に示すグラフ２１１は、入力光１０１の光パワーがステップ状に６ｄＢ（４倍）だけ変化したときの増幅用ファイバ３の利得緩和時間を、横軸を出力光１０２の光パワーとしてプロットしたものである。図３のグラフ２１１は、実験によって求めたものである。

図３のグラフ２１１より、前記利得緩和時間は出力光１０２の光パワーが大きくなるにつれて短くなるといった関係が見られ、また出力光１０２の光パワーがいずれの大きさであっても、前記利得緩和時間はほぼ１０μｓｅｃ以下であることが確認できる。

図３の実験結果に基づき、本発明の光増幅器１では、演算器１２及び利得目標値設定回路１３で実行される制御の実行周期を、増幅用ファイバ３の利得緩和時間であるほぼ１０μｓｅｃを基準に決定している。

まず、演算器１２で実行される前記利得一定制御では、入力光１０１の光パワーの大きさに依らず利得一定制御を精度良く実現するために、前記制御周期を増幅用ファイバ３の利得緩和時間である約１０μｓｅｃ以下としている。すなわち、前記利得一定制御は、概ね１０μｓｅｃ以下の制御周期で励起光１０３の光パワーまたは駆動電流１０８の調整を行うようにしている。

これに対し、利得目標値設定回路１３で実行される利得目標値１１０の更新は、入力光１０１の光パワーがドリフト等によって変動したときに、これを補正するために行うものである。従って、利得目標値１１０の更新は、前記利得一定制御よりも遅い周期で行うのが好ましく、前記更新周期を増幅用ファイバ３の利得緩和時間である約１０μｓｅｃより長くするのがよい。すなわち、利得目標値設定回路１３は、概ね１０μｓｅｃより長い周期で前記利得一定制御の利得目標値１１０を更新するようにしている。

上記のように構成された本発明の光増幅器１では、利得目標値１１０の更新によって出力光１０２の光パワーを平均的には一定とする制御が実現されるとともに、短周期で利得一定制御が行われているため、入力光１０１の光パワーが瞬断した場合でも、出力光１０２が歪むことの無いよう制御することが可能となる。

次に、本実施形態の光増幅器１の制御方法について、図４を用いて以下で詳細に説明する。図４は、本実施形態の光増幅器１の制御方法を説明するための流れ図である。図４の流れ図において、ＴＡＧＣは演算器１２による利得一定制御の制御周期を、またＴＡＬＣは利得目標値設定回路１３による利得目標値１１０の更新周期をそれぞれ表しており、ｔ_ｎは利得目標値１１０の更新周期を制御するための時間カウンターを表している。

ステップ３０１において、まず利得目標値の更新周期の判定に用いる時間カウンターｔ_ｎに０を設定し、制御の初期化を行う。次に、ステップ３０２で時間カウンターｔ_ｎにＴＡＧＣを加算して時間カウンターを進める。すなわち、ステップ３０２以降は周期ＴＡＧＣ毎に実行され、それに合わせてｔ_ｎの時間カウンターを進める。

ステップ３０３及びステップ３０４では、それぞれ入力光１０１の光パワーレベルＰｉｎと出力光１０２の光パワーレベルＰｏｕｔを計測する。そして、ステップ３０５で前記ＰｉｎとＰｏｕｔから、利得の現在値Ｇｍ（利得モニタ値）を算出する。
Ｇｍ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ [ｄＢ] （式２）

次に、ステップ３０６において、利得目標値１１０の更新周期に達しているか否か、すなわち前回の利得目標値の更新から更新周期であるＴＡＬＣが経過しているか否か、を判定する。そして、前回の更新からＴＡＬＣ以上経過していると判定すると、ステップ３１１〜ステップ３１３に進んで、利得目標値Ｇｓを更新する。

ステップ３１１では、入力光１０１の光パワーレベルＰｉｎの現在値を計測し、ステップ３１２において、計測した光パワーレベルＰｉｎに対応する利得目標値を求めてＧｓとする。利得目標値Ｇｓは、図２に示した入力光パワーレベルと利得目標値との関係２０１から求めることができる。図２に示した入力光パワーレベルと利得目標値との関係２０１をテーブル形式にして用いる、あるいは次式のような数式にして用いることができる。

Ｇｓ＝Ｐｏｕｔｓ−Ｐｉｎ ［ｄＢ］（式３）
Ｇｓ：利得目標値
Ｐｉｎ：入力光パワー
Ｐｏｕｔｓ：出力光パワーの目標値（固定値）
上式において、Ｐｉｎにステップ３１１で計測した入力光１０１のパワーレベルを代入することで、利得目標値Ｇｓが得られる。

利得目標値Ｇｓが得られると、これを演算器１２で実行される利得一定制御の利得目標値に設定する。その後、ステップ３１３において、時間カウンターｔ_ｎをゼロにクリアし、次回の利得目標値の更新のための初期化を行う。

時間カウンターｔ_ｎが利得目標値の更新周期に達していない、あるいはステップ３１１〜ステップ３１３で利得目標値の更新が完了すると、つぎにステップ３０７、３０８で利得一定制御を行う。まずステップ３０７において、現在設定されている利得目標値Ｇｓと（式２）で算出された利得モニタ値Ｇｓとから、制御誤差Ｅを算出する。
Ｅ＝Ｇｓ−Ｇｍ [ｄＢ]（式４）

（式４）で求めた制御誤差Ｅに基づいて、ステップ３０８において、励起用ＬＤ５の駆動電流１０８（Ｉｓとする）を算出する。利得一定制御の制御方式として、例えば比例・積分制御を用いることができ、本実施形態のステップ３０８では、比例定数Ｋｐと積分定数Ｋｉを用いて駆動電流Ｉｓを次式で算出している。
Ｉｓ＝Ｋｐ×Ｅ＋Σ(Ｋｉ×Ｅ)［ｍＡ］ （式５）

（式５）で算出された駆動電流Ｉｓは、電気信号１０９として励起用レーザ駆動回路１４に供給され、励起用ＬＤ駆動回路１４では前記駆動電流目標値として駆動電流１０８の制御に用いられる。

本発明の第二の実施形態を図５に示す。
本実施形態の光増幅器４０１は、図１に示した第１の実施形態と比べて、励起用ＬＤ５の励起光１０３が波長合波器４０４を経由して増幅用ファイバ３に合波されるように構成されているといった特徴がある。

それとともに、光増幅器４０１の入力光１０１及び出力光１０２に光学的な発振が発生するのを防止するため、入力光コネクタ２の後段及び増幅用ファイバ３の後段にそれぞれ光アイソレータ４０５を配置している。また、出力光１０２の光パワーの波長依存性を補正するために、光学的な補正フィルタ４０６を出力側に配置している。

本実施形態では、電流電圧変換回路４０２と４０３に対数変換機能を有するログアンプを用いている。また、演算器４０７にはＰＬＤ（プログラマブル ロジック デバイス）を用いており、高速に演算処理が行えるようにしている。

演算器４０７で実行される利得一定制御の制御周期は、増幅用ファイバ３の利得緩和時間より短いのが望ましく、１０μｓｅｃ以下とするのがよい。より好ましくは、１μｓｅｃ以下とするのがよい。

また、演算器４０７で実行される利得一定制御の利得目標値を算出する利得目標値設定回路４０８は、本実施形態ではＭＰＵ（マイクロ プロセッサ）を用いて構成しており、ソフトウェア処理により利得目標値を算出するようにしている。

利得目標値設定回路４０８による利得目標値の更新周期を、本実施形態では４ｍｓｅｃとしている。該利得目標値の更新周期は、増幅用ファイバ３の利得緩和時間より長いのが望ましく、１０μｓｅｃより長いのがよい。

本実施形態の光増幅器４０１への入射光１０１の光パワーが瞬間的にオフとなった場合に、本発明の制御方式によって出力光１０２の光パワーがどのように変化するかを測定した結果を以下に説明する。

入力光１０１と出力光１０２のそれぞれの光パワーを、光電変換器を通してオシロスコープで測定した結果を図６に示す。図６において、５０１は光増幅器４０１への入力光１０１の光パワーを示しており、５０２は光増幅器４０１からの出力光１０２の光パワーを示している。

図６の例では、光増幅器４０１への入力光１０１の光パワー５０１を−１０ｄＢｍの状態から８μｓｅｃの時間だけオフとし、その後元の状態に復帰させている。また、出力光１０２の光パワー５０２が＋９ｄＢｍを維持するように、光増幅器４０１の利得目標値が設定されている。

図６に示す出力光１０２の光パワー５０２の測定結果より、出力光１０２の光パワー５０２は入力光１０１の光パワー５０１と相似した波形を示しており、入力光１０１が元の状態に復帰した後の出力光１０２の光パワー５０２にはピークの発生が見られない。本発明の光増幅器４０１では、入力光１０１の光パワーの瞬断に対して、出力光１０２の波形に歪みが発生するのを十分抑制できることが、図６の測定結果から確認することができる。

本発明のさらに別の実施形態を以下に説明する。
本実施形態の光増幅器は、増幅用ファイバ３と励起用ＬＤ５のセットを２段以上備えている。増幅用ファイバ３は、出力側に光アイソレータ４０５及び利得補正フィルタ４０６を備え、それぞれの増幅用ファイバ３が光アイソレータ４０５及び利得補正フィルタ４０６を介して直列に接続された構造としている。

本実施形態では、励起用ＬＤ５のそれぞれが励起用ＬＤ駆動回路１４を有しており、演算器１２で実行される利得一定制御では、励起用ＬＤ駆動回路１４のそれぞれに対して電気信号１０９を出力するようにしている。このような構成とすることにより、本発明の光増幅器として、増幅用ファイバ３と励起用ＬＤ５のセットを２段以上配置することが可能となる。

上記で詳細に説明した通り、本発明の光増幅器では、入力光の光パワーと出力光の光パワーをモニタリングして利得一定制御を行うとともに、前記入力光の光パワーに基づいて前記利得一定制御の利得目標値を動的に可変とすることにより、前記出力光のレベル一定制御を実現している。

また、前記利得一定制御の制御周期を増幅用ファイバの利得緩和時間より短くする一方、前記利得目標値の更新周期を前記増幅用ファイバの利得緩和時間より長くしている。本発明の光増幅器をこのような構成とすることにより、前記入力光に瞬断が発生した場合でも、前記出力光に波形歪みやオーバーシュート等が発生しないようにすることが可能となっている。

例えば、入力光が１０μｓｅｃ〜数１００μｓｅｃの期間（増幅用ファイバであるＥＤＦの利得緩和時間より長い時間）ゼロ信号が続いた場合でも、本発明の光増幅器は前記期間以外で入力光を歪み無く増幅することができる。あるいは、前記入力光が比較的長い時間周期で”０”状態と”１”状態を繰り返した場合であっても、出力光に波形歪みを生じることなく増幅が可能である。

図１は、本発明の光増幅器の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図２は、入力光のパワーレベルと利得一定制御の利得目標値との関係を示す図である。 図３は、入力光の光パワーをステップ状に６ｄＢ（４倍）だけ変化させたときの増幅用ファイバの利得緩和時間を、実験により測定した結果を示すグラフである。 図４は、第１の実施形態の光増幅器における制御方法を説明するための流れ図である。 図５は、本発明の光増幅器の第２の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図６は、第２の実施形態の光増幅器において、入力光に瞬断がある場合の出力光の光パワーを測定した結果を示すグラフである。 図７は、従来の光増幅器の入力光が数１０μｓｅｃの間ゼロとなった後に再び元のパワーレベルに復帰したときの出力光パワーの応答を示す模式図である。

符号の説明

１、４０１・・・光増幅器
２・・・入力光コネクタ
３・・・増幅用ファイバ
４・・・出力光コネクタ
５・・・励起用ＬＤ
６、７・・・分岐カプラ
８、９・・・フォトダイオード
１０、１１、４０２、４０３・・・電流電圧変換回路
１２、４０７・・・演算器
１３、４０８・・・利得目標値設定回路
１４・・・励起用ＬＤ駆動回路
１０１・・・入力光
１０２・・・出力光
１０３・・・励起光
１０４、１０５・・・電流信号
１０６・・・入力光パワー信号
１０７・・・出力光パワー信号
１０８・・・駆動電流
１０９・・・電気信号
１１０・・・利得目標値
２０１・・・入力光パワーに対する利得目標値の関係
２１１・・・入力光パワーがステップ状に変化したときの増幅用ファイバの利得緩和時間
４０４・・・波長合波器
４０５・・・光アイソレータ
４０６・・・補正フィルタ
６０１・・・入力光パワー
６０２、６０３・・・出力光パワー

Claims (8)

1. 入力光パワーに基づいて増幅用ファイバの利得を制御することで、出力光パワーが一定になるように制御する光増幅器において、
   前記増幅用ファイバと、
   前記増幅用ファイバに励起光を供給する励起用ＬＤ（レーザダイオード）と、
   前記励起用ＬＤの駆動電流を制御する駆動電流制御回路と、
   前記増幅用ファイバへの入力光の一部を受光して入力光パワーを第１の電気信号として出力する第１の受光回路と、
   前記増幅用ファイバからの出力光の一部を受光して出力光パワーを第２の電気信号として出力する第２の受光回路と、
   前記増幅用ファイバの利得目標値を制御目標値とし、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを入力して算出した利得値が前記制御目標値と一致するよう前記駆動電流制御回路に制御信号を出力する第１の制御回路と、
   前記第１の受光回路から前記第１の電気信号を入力して前記第１の制御回路の前記制御目標値を算出して前記第１の制御回路に供給する第２の制御回路と
   を備え、
   前記第１の制御回路から出力される制御信号の制御周期は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より短く、
   前記第２の制御回路から出力される利得目標値の制御周期は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より長い
   ことを特徴とする光増幅器。
2. 前記増幅用ファイバは、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）からなることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
3. 前記第１の制御回路は、前記励起用ＬＤの光出力パワー目標値あるいは駆動電流目標値を前記制御信号として出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
4. 前記第１の制御回路の制御周期は、１０μｓｅｃより短い
   ことを特徴とする請求項３に記載の光増幅器。
5. 前記第２の制御回路の制御周期は、１０μｓｅｃより長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
6. 前記第１の制御回路は、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とから求めた前記利得値を前記利得目標値に一致させるよう比例・積分制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
7. 増幅用ファイバと、
   前記増幅用ファイバに励起光を供給する励起用ＬＤ（レーザダイオード）と、
   前記励起用ＬＤの駆動電流を制御する駆動電流制御回路と、
   前記増幅用ファイバへの入力光の一部を受光して入力光パワーを第１の電気信号として出力する第１の受光回路と、
   前記増幅用ファイバからの出力光の一部を受光して出力光パワーを第２の電気信号として出力する第２の受光回路と、
   前記駆動電流制御回路を制御する第１の制御回路と、
   前記第１の制御回路の前記制御目標値を算出して前記第１の制御回路へ出力する第２の制御回路と、
   を備え、入力光パワーに基づいて、前記増幅用ファイバの利得目標値を制御目標値として前記増幅用ファイバの利得を制御することで、出力光パワーが一定になるように制御する光増幅器の制御方法において、
   前記第１の受光回路から前記第１の電気信号を入力した第２の制御回路により、前記第１の制御回路の前記制御目標値を算出して前記第１の制御回路に供給し、
   第１の電気信号と前記第２の電気信号とを入力した前記第１の制御回路により算出した利得値が、前記制御目標値と一致するように、制御信号を前記駆動電流制御回路に出力し、
   前記第１の制御回路から出力される制御信号は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より短い周期で制御すると共に、
   前記第２の制御回路から出力される利得目標値の制御は、前記増幅用ファイバの利得緩和時間より長い周期で制御する
   ことを特徴とする光増幅器の制御方法。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光増幅器が、送信端と受信端の間に１つ以上設けられる、
   ことを特徴とする光増幅中継通信システム。

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