JP4294459B2

JP4294459B2 - 光増幅器

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Publication number: JP4294459B2
Application number: JP2003414922A
Authority: JP
Inventors: 浩輔小牧
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005175272A; US7038769B2; US20050128467A1

Description

本発明は、希土類ドープファイバに励起光を供給して信号光の増幅を行う光増幅器に関し、特に、半導体レーザを用いた励起光源の光出力特性を信号光の増幅に影響を及ぼすことなくモニタし、その結果を光増幅器の励起光制御に反映させる技術に関する。

波長の異なる複数の信号光を含んだ波長多重（Wavelength Division Multiplexing；ＷＤＭ）光を増幅するための光増幅器としては、例えば、希土類元素をドープした光ファイバを増幅媒体として利用した光増幅器が知られている。この希土類ドープファイバを用いた光増幅器は、例えば半導体レーザ等を使用した励起光源から出力される励起光を希土類ドープファイバに供給し、励起状態の希土類ドープファイバをＷＤＭ光が伝搬する際に生じる誘導放出によって当該ＷＤＭ光を所望のレベルまで増幅するものである（例えば、特許文献１，２参照）。

上記のような光増幅器に用いられる励起光源は、駆動回路で生成された駆動信号が与えられることで所要のパワーの励起光を出力するが、この駆動信号に対する光出力特性に関しては温度変動や経時劣化などによって変化することが知られている。特に近年、消費電力の低減およびコストの削減などを視野に入れて、温度調整機能を省略した所謂クーラーレスの半導体レーザが励起光源として利用されるようになってきており、このような場合には励起光源の光出力特性の変化による信号光増幅への影響が大きくなる。したがって、光増幅器によって所望のレベルまで増幅されたＷＤＭ光を得るためには、励起光源の特性変化に応じて駆動信号の制御を行うことが必要になる。

従来の光増幅器における励起光源の駆動制御に関しては、環境温度に対して所要の励起光を出力させるためのデータを基に、そのデータに従って駆動したときの励起光を基準値として、運用時の励起光と基準値とを比較することによって、励起光源の温度補償および経時劣化補償を行う技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
また、前述したような希土類ドープファイバを用いた光増幅器では、出力光のレベルを一定に制御する自動レベル制御（Automatic Level Control：ＡＬＣ）や、利得を一定に制御する自動利得制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）が適用されるのが一般的である（例えば、特許文献４参照）。

図８は、ＡＧＣが適用された従来の光増幅器の一例を示す構成図である。この光増幅器では、例えば、励起光源（ＬＤ）１０２から出力される励起光が合波器１０３を介してエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１０１に供給され、そのＥＤＦ１０１に入力されるＷＤＭ光の一部が分波器１０４で分波されて受光素子（ＰＤ）１０５で光電変換されることにより入力光パワーがモニタされる。また、ＥＤＦ１０１から出力されるＷＤＭ光の一部が分波器１０６で分波されて受光素子（ＰＤ）１０７で光電変換されることにより出力光パワーがモニタされる。そして、各々のモニタ結果がＡＧＣ回路１０８に送られてＥＤＦ１０１における増幅度が演算され、その演算結果に応じて一定の利得が得られるように励起光源１０２の駆動状態が制御される。このような制御回路によりＡＧＣを行うことによって、ＷＤＭ光に含まれる各波長の信号光間に利得偏差が生じるのを抑えることが可能になる。
特開平５−５５６７３号公報特開平８−２０４２６７号公報特開２００２−２１７８３６号公報特開平１０−２０９９７０号公報

ところで、前述したような従来の光増幅器が適用されるＷＤＭ光伝送システムにおいては、例えば、伝送データの増大や伝送方式の追加等に伴ってＷＤＭ光に含まれる信号光の波長数を増加させる場合や、保守等のために信号光波長数を減少させる場合があり、そのような信号光波長数の増減設時においても運用波長に影響を及ぼさないことが要求される。特に、例えば図９に示すような信号光のアド／ドロップを伴うシステムでは、伝送路ファイバ切断等の障害が生じた場合、信号光波長数が最大のｎ＋１波から１波のように大きく変化する可能性がある。このように信号光波長数が急激に変化すると、障害発生箇所よりも下流に位置する光増幅器１００Ｂでは、通常、利得飽和領域で光増幅が行われるため、低速のＡＧＣでは残存する信号光に大きなレベル変動が生じてしまうことになる。

ここで、信号光波長数の変化によって生じる光増幅器の過渡応答現象について説明する。なお、過渡応答とは、制御系に入力を与えた場合、それが原因となって応答が生じ、この応答が新しい定常状態に達するまでに示す過渡的な経過のことをいう。光増幅器に入力されるＷＤＭ光の波長数の変化（入力信号光のレベル変化）に励起光制御がすみやかに対応できない例では、上記の過渡応答は光サージとなって現れ伝送エラーを引き起こす原因となる。

例えば、前述の図９に示したシステムにおいて伝送路ファイバ切断等の障害が生じ、波長λ₁〜λ_nの信号光の伝送が中断したとすると、波長λ₁〜λ_nの信号光が光増幅器に入力されなくなった場合でも、途中でアドされる波長λ_n+1の信号光に対してはあくまで伝送エラーが生じないことが要求される。この要求に応えるためには、光増幅器において励起光をｎ＋１波に対応したパワーから１波に対応したパワーに即座に落とし、１波対応の励起光によって波長λ_n+1の信号光を増幅する必要がある。

しかしながら、信号光波長数の変化時における従来のＡＧＣの追従性は十分ではないため、例えば図１０に示すように、１波の入力に対してｎ＋１波相当の励起光が希土類ドープファイバに与えられる時間が長くなり、利得が急激に変動して瞬間的に光増幅器の出力から高レベルな残存光（光サージ）が現れてしまうことになる。この光サージが伝送されることで伝送エラーを起こし、また、光増幅器が多段接続されたシステムでは光サージが累積して増幅されることになるため受信器が損壊してしまうといったおそれもある。このような課題を解決するためには、希土類ドープファイバの内部状態（反転分布）を殆ど変化させないような高速なＡＧＣを適用することが必要である。

また、信号光波長数の変化時におけるＡＧＣの追従性に関しては、励起光源の光出力特性に応じて制御回路の比例要素が最適化されることが重要になる。すなわち、例えば前述したように励起光源としてクーラーレスの半導体レーザが利用されるようになると、環境温度の変動によって半導体レーザの駆動電流に対する光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）が大きく変化することになる。具体的には、図１１に例示したI−Ｌ特性にあるように、発振閾値を超える駆動電流を半導体レーザに与えたときのI−Ｌ特性の傾き（スロープ効率）が、温度変動によって１．５倍程度変化するようになる。半導体レーザのI−Ｌ特性の傾きが１．５倍変化するということは、ＡＧＣ回路の比例要素が１．５倍変化することを意味するため、前述したような信号光波長数の急激な変化時におけるＡＧＣの追従性に影響を及ぼしてしまうことになる。

具体的に、図１２は、前述の図１０に示したような信号光波長数の変化が生じた時、ＡＧＣ回路の比例要素を変化させた場合に、残存する１波の信号光のレベル変動にどのような違いが現れるかを例示したものである。図１２の横軸は、光増幅器へのトータル入力パワーが９０％から１０％まで減少する時間Ｔｆ、すなわち、信号光波長数が変化する速さを示し、縦軸は、残存する１波の信号光のピークパワーの変動量を示している。ここでは、一般的なＡＧＣ回路の比例要素を基準（１倍）として、その比例要素を２／３倍に小さくする、言い換えれば、励起光源のI−Ｌ特性の傾きが２／３倍変化したときのレベル変動を比較している。図１２にあるように、ＡＧＣ回路の比例要素を小さくすると、残存信号光のレベル変動が大きくなることが分かる。このような違いが生じる理由は、比例要素を小さくすると、信号光波長数の減少時に励起光源の駆動電流を減少させる速度が落ちてしまうためである。

したがって、信号光波長数が急激に変化した時においても残存する信号光に影響を及ぼさないようにするためには、光増幅器の運用中に励起光源の光出力特性を高い精度でモニタできることと、そのモニタ結果に応じてＡＧＣ回路の比例要素を補正できることとが重要になる。しかしながら、前述した特許文献１〜４等に記載された従来の技術では、上記のような課題を解決することは難しかった。

光増幅器に用いられる励起光源の光出力特性をモニタする技術に関して、本出願人は、励起光源の駆動電流を変化させて増幅媒体に供給される励起光パワーを定期的に測定することで、励起光源の特性変化を検出する手法を提案している（例えば、特願２００３−５７９５１号参照）。しかし、この先願発明においても、光増幅器の運用中にどのように励起光源の駆動電流を変化させるかについて課題が残されている。すなわち、光増幅器の運用中に励起光源の駆動電流を変化させた場合、その駆動電流の変化によって運用中の信号光の増幅に影響を与えてしまう可能性があり、そのような可能性を回避した具体的なモニタ方法の実現が必要である。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、光増幅器の運用中に励起光源の光出力特性を高い精度でモニタし、そのモニタ結果を用いて、信号光波長数の急激な変化時にも運用中の信号光に殆ど影響を及ぼすことなく励起光制御を行うことのできる光増幅器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光増幅器は、半導体レーザを用いた励起光源から出力される励起光を希土類ドープファイバに供給して信号光の増幅を行うものであって、励起光源を駆動する駆動信号を、希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調する駆動信号変調部と、該駆動信号変調部で変調された駆動信号によって駆動された励起光源から出力される励起光のパワーを当該励起光源の駆動状態に対応させて測定する励起光パワー測定部と、該励起光パワー測定部の測定結果に基づいて、励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きを求める演算処理部と、希土類ドープファイバで増幅される信号光の利得が一定となるように励起光源の駆動状態を制御する励起光制御部と、演算処理部で求められた励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きに応じて、励起光制御部を構成する回路に含まれる比例要素を補正する補正部と、を備えて構成されるものである。

かかる構成の光増幅器では、希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調された駆動信号によって励起光源が駆動されることで、励起光源から出力される励起光のパワーは上記の周波数変調成分に応じて変動するようになる。この励起光パワーの変動が励起光源の駆動状態に対応させて励起光パワー測定部により測定され、その測定結果に基づいて、演算処理部により、励起光源の駆動電流に対する光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）の傾きが、希土類ドープファイバで増幅される信号光に影響を与えることなく、高い精度で求められる。そして、励起光制御部を構成する回路に含まれる比例要素が、演算処理部で求められた励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きに応じて補正部により補正されることで、温度変化や経時劣化等により励起光源の光出力特性に変化が生じた場合でも、励起光制御部による励起光源の駆動状態の制御が正確に行われるようになる。

本発明の光増幅器によれば、希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調した駆動信号により励起光源を駆動し、その励起光源の光出力パワーを実測するようにしたことで、光増幅器の運用中においても信号光の増幅に影響を与えることなく励起光源の光出力特性を高い精度でモニタすることができると共に、そのモニタ結果に基づいて励起光制御部の比例要素を補正するようにしたことで、励起光制御の高速動作を安定化させることができ、信号光波長数の急激な変化時においても運用中の信号光に殆ど影響を及ぼすことなく利得一定制御を行うことが可能になる。

以下、本発明に係る光増幅器を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明に係る光増幅器の一実施形態を示す構成図である。
図１において、本光増幅器は、例えば、希土類ドープファイバとしてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１と、半導体レーザ（ＬＤ）を用いた励起光源２Ａおよびその駆動回路（ＤＲＶ）２Ｂ、並びに、励起光源２Ａの後方出射光Ｌｐ’をモニタする励起光パワー測定部としての受光素子（ＰＤ）２Ｃから構成される半導体レーザモジュール２と、励起光源２Ａの前方から出射される励起光ＬｐをＥＤＦ１に供給する合波器３と、を備える。また、この光増幅器は、信号光入力端ＩＮから合波器３を介してＥＤＦ１に入力されるＷＤＭ光Ｌｉｎの一部を入力モニタ光Ｌｍ１として分岐する分岐器４と、該分岐器４で分岐された入力モニタ光Ｌｍ１を電気信号に変換する受光素子（ＰＤ）５と、ＥＤＦ１から出力されるＷＤＭ光Ｌｏｕｔの一部を出力モニタ光Ｌｍ２として分岐する分岐器６と、該分岐器６で分岐された出力モニタ光Ｌｍ２を電気信号に変換する受光素子（ＰＤ）７と、各受光素子２Ｃ，５，７から出力される電気信号がそれぞれ入力されるＡＧＣ回路８と、ＡＧＣ回路８から駆動回路２Ｂに出力される駆動制御信号を変調する駆動信号変調部としての変調回路（ＭＯＤ）９と、を備える。

上記光増幅器の構成が、上述の図８に示した従来の構成と異なる点は、励起光源２Ａの駆動状態を制御する駆動制御信号が、変調回路９によってＥＤＦ１のカットオフ周波数よりも高い周波数で変調され、その駆動制御信号に従って駆動された励起光源２Ａの出力光パワーが受光素子２Ｃでモニタされて、そのモニタ結果がＡＧＣ回路８にフィードバックされることにより、励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きの変化がＡＧＣ回路８で検出され、その検出結果に従ってＡＧＣ回路８の後述する比例要素が補正されるようにしている点である。

なお、本実施形態では、後述するようにＡＧＣ回路８が、励起光制御部としての機能と、励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きを求める演算処理部としての機能と、回路に含まれる比例要素を補正する補正部としての機能と、を備えているものとする。
図２は、図１に示した光増幅器の制御回路に相当する部分の具体的な構成例を示す回路図である。

図２の回路構成では、入力モニタ光Ｌｍ１を受光した受光素子５で発生するフォトカレントが抵抗Ｒ１で電圧変換された後に増幅器ＡＭＰ１においてインピーダンス変換される。また、出力モニタ光Ｌｍ２を受光した受光素子７で発生するフォトカレントが抵抗Ｒ２で電圧変換された後に増幅器ＡＭＰ２においてインピーダンス変換される。なお、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の値若しくは各増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２の利得は、ＥＤＦ１における光増幅の利得設定に応じて、後段の誤差増幅器ＡＭＰ３に入力される電圧レベルが同等レベルとなるように設定されているものとする。

誤差増幅器ＡＭＰ３は、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２からの各出力電圧の誤差増幅を実施する。この誤差増幅器ＡＭＰ３の利得（比例係数）Ａ０は、励起光源２Ａの寿命初期の基準温度（例えば、２５℃）におけるＩ−Ｌ特性の傾きη０に対応させて設定されている。誤差増幅器ＡＭＰ３の出力信号は、ここでは乗算器ＭＵＬおよび加算器ＡＤＤを介して駆動回路２Ｂに与えられる。

駆動回路２Ｂは、誤差増幅器ＡＭＰ３からの出力信号が差動増幅器ＡＭＰ４を介してトランジスタＴＲのベース端子に与えられることで励起光源２Ａに供給する駆動電流を制御する一般的な駆動回路である。なお、励起光源２Ａに供給される駆動電流Ｉｆは、トランジスタＴＲのエミッタ端子および接地端子の間に接続された抵抗Ｒ３により電圧変換され、その電圧信号Ｖ＿Ｉｆが差動増幅器ＡＭＰ４の基準電圧とされると共に、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１を介してマイクロコントローラμ１に送られる。

励起光源２Ａの後方出射光Ｌｐ’を受光した受光素子２Ｃで発生するフォトカレントは、抵抗Ｒ４により電圧変換されてＶ＿ＬＤｏｕｔとなり、その電圧信号Ｖ＿ＬＤｏｕｔがＡ／ＤコンバータＡＤＣ２を介してマイクロコントローラμ１に送られる。なお、この電圧信号Ｖ＿ＬＤｏｕｔをモニタするための回路の帯域と、上記の電圧信号Ｖ＿Ｉｆをモニタするための回路の帯域とは、差動増幅器ＡＭＰ４を含んだ駆動回路２Ｂの帯域よりも１０倍以上にそれぞれ設定されていることが望ましい。

マイクロコントローラμ１は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２からの各出力信号を取り込んで、電圧信号Ｖ＿Ｉｆに対する電圧信号Ｖ＿ＬＤｏｕｔの関係から、例えば図３の概念図に示すように、最小二乗法等を使用して励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きηを算出する。このマイクロコントローラμ１には、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリに格納された基準値η０（励起光源２Ａの寿命初期の基準温度におけるＩ−Ｌ特性の傾き）が与えられていて、運用時に算出される励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きηと上記の基準値η０とから、誤差増幅器ＡＭＰ３と差動増幅器ＡＭＰ４の間に設けられた乗算器ＭＵＬの係数がη０／ηとなるようにＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を操作する。また、マイクロコントローラμ１は、発振器ＯＳＣの動作を制御する信号も出力する。

発振器ＯＳＣは、マイクロコントローラμ１からの制御信号に従って、振幅ΔＶおよび周波数ｆの微小交流信号を発生して、誤差増幅器ＡＭＰ３と差動増幅器ＡＭＰ４の間に設けられた加算器ＡＤＤに出力する。加算器ＡＤＤでは、発振器ＯＳＣからの交流信号が誤差増幅器ＡＭＰ３からの出力信号に重畳される。ここでは、発振器ＯＳＣおよび加算器ＡＤＤによって図１の変調回路９が構成されることになる。なお、交流信号の振幅ΔＶおよび周波数ｆの具体的な設定については後述する。

次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、上記のような構成の光増幅器において実施される励起光源２Ａの特性モニタ方法について説明する。本光増幅器では、運用中においてＥＤＦ１で増幅する信号光に影響を及ぼすことなく励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性をモニタするために、ＡＧＣ回路８から駆動回路２Ｂに出力される駆動制御信号が、変調回路９によってＥＤＦ１のカットオフ周波数よりも高い周波数で変調される。具体的には、誤差増幅器ＡＭＰ３から出力され差動増幅器ＡＭＰ４に送られる電圧信号に対して、発振器ＯＳＣで発生する振幅ΔＶおよび周波数ｆの交流信号が加算器ＡＤＤで重畳されることにより、励起光源２Ａに供給される駆動電流の変調が行われる。この交流信号の周波数ｆは、ＥＤＦ１のカットオフ周波数よりも高い周波数に設定されている。

ＥＤＦ１における励起光に対する信号光の周波数応答は、例えば図４に示すようにほぼ１次遅れ要素であって光出力パワーに大きく依存しており、そのカットオフ周波数は数十Ｈｚ〜数ｋＨｚである。従って、交流信号の周波数ｆとしてＥＤＦ１のカットオフ周波数よりも十分に高い数ＭＨｚを設定することにより、励起光源２Ａの駆動電流を交流信号成分で変調することによる信号光への影響は、カットオフ周波数時の信号光振幅の１／１０００倍程度となる。このため、交流信号の振幅ΔＶとして、マイクロコントローラμ１で励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きηを算出するのに十分な十数ｍＡ程度を設定したとしても、ＥＤＦ１で増幅される信号光に対して交流信号成分がノイズとして現れることはない。

一例として励起光源２Ａの駆動電流を中心値約６０ｍＡ、振幅約５０ｍＡとし２ＭＨｚで変調した場合、信号光に対して交流成分がノイズとして現れることなく傾きηを算出できる。図５は、上記のように励起光源２Ａを変調した場合における励起光源２Ａの駆動電流（Ｉｆ）と信号光パワー（Ｐｏｕｔ）の時間的な変動を示した実験データであり、このときの信号光パワーの変動量は約０．０７ｄＢであったことを示している。

上記のようにＥＤＦ１のカットオフ周波数よりも高い周波数で変調された駆動電流によって励起光源２Ａが駆動されることで、励起光源２Ａの前方および後方から出射される励起光Ｌｐ，Ｌｐ’のパワーは交流信号成分に応じて変動するようになる。そこで、後方出射光Ｌｐ’のパワー変動を受光素子２Ｃでモニタし、そのモニタ結果を示す電圧信号Ｖ＿ＬＤｏｕｔと、駆動電流の変動をモニタした電圧信号Ｖ＿Ｉｆとの関係を用いて、最小二乗法等の近似処理を施すことにより、励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きηがＥＤＦ１で増幅される信号光に影響を与えることなく算出できるようになる（図３参照）。このようにして算出された励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きηは、例えば、ある一点での動作点からＩ−Ｌ特性を予想する場合に比べて、励起光源２Ａの発振閾値の劣化やキンク等の影響を受けることもないので高い精度を確保することができる。

そして、本光増幅器では、上記のようにして運用中にモニタされた励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きηを用いてＡＧＣ回路８の比例要素の補正が行われる。この比例要素の補正は、具体的には、マイクロコントローラμ１で計算されたηとメモリに格納された基準値η０とを用いて、乗算器ＭＵＬの係数がη０／ηとなるように制御されることで実現される。つまり、誤差増幅器ＡＭＰ３および乗算器ＭＵＬを含む回路の比例係数（利得）ＡについてＡ＝Ａ０×η０／ηの関係が成り立つようになるため、温度変化や経時劣化等により励起光源２ＡのＩ−Ｌ特性の傾きに変化が生じた場合でも、ＡＧＣ回路８全体の比例要素が常に一定に保たれるようになる。なお、上記のような比例要素の補正を行う周期としては、ＡＧＣの時定数とぶつからないように、例えば数１００ｍｓに１回程度に設定すればよい。励起光源２Ａの温度変化や経時劣化の速度は上記の周期に比べて遥かに遅いため、このような設定でも十分に有効な補正を行うことが可能である。

これにより、例えば、クーラーレスの半導体レーザが励起光源２Ａとして使用されることで温度変化によってＩ−Ｌ特性が大きく変化する場合や、ＥＤＦ１で増幅される信号光の波長数が急激に変化するような状況においても、その変化に追従して励起光ＬｐのパワーをＡＧＣ回路８によって高速かつ正確に切り替えることができるようになる。よって、上述の図１０に示したような光サージの発生を効果的に抑えることが可能になる。

なお、上述した実施形態では、発振器ＯＳＣで発生した交流信号が、誤差増幅器ＡＭＰ３と差動増幅器ＡＭＰの間に配置されて加算器ＡＤＤによって駆動制御信号に重畳される構成を示したが、加算器ＡＤＤの配置（駆動制御信号に交流信号を重畳する位置）は上記に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、入力側モニタ系の増幅器ＡＭＰ１と誤差増幅器ＡＭＰ３の間に加算器ＡＤＤを配置したり、例えば図７に示すように出力側モニタ系の増幅器ＡＭＰ２と誤差増幅器ＡＭＰ３の間に加算器ＡＤＤを配置したりして、駆動制御信号に交流信号を重畳することも可能である。

また、光増幅器に入力される信号光に元々数ＭＨｚの周波数成分（例えば、伝送データのヘッダー部分の情報によって生じる周波数成分など）が含まれている場合には、誤差増幅器ＡＭＰ３の出力に上記の周波数成分が含まれることになるため、上述した実施形態における発振器ＯＳＣおよび加算器ＡＤＤを省略することも可能である。この場合、数ＭＨｚの周波数成分の振幅を調整するためには、図２の回路構成において、例えば入力側および出力側の各モニタ系に設けられるコンデンサＣ１，Ｃ２の容量等を調整して、各々のモニタ系に帯域差をつけるようにすればよい。このようにして数ＭＨｚの周波数成分の振幅を適切に設定することで、上述した実施形態の場合と同様にして励起光源２Ａの特性モニタおよびＡＧＣ回路８の比例要素の補正を行うことが可能になる。

さらに、後方出射光Ｌｐ’を利用して励起光源２Ａの光出力パワーをモニタするようにしたが、本発明はこれに限らず、励起光源２Ａの前方から出射されＥＤＦ１に送られる励起光Ｌｐの一部を分岐し、その分岐光のパワーをモニタするようにしてもよい。
加えて、マイクロコントローラμ１を使用してＡＧＣ回路８を構成する一例を示したが、アナログ回路によってＡＧＣ回路８を構成するようにしても構わない。また、ＡＧＣ回路８の回路構成についても、図２に示したように入力モニタ光Ｌｍ１と出力モニタ光Ｌｍ２の誤差に応じて励起光源２Ａを駆動するフィードバック型としたが、例えば、入力モニタ光Ｌｍ１のみに応じて励起光源２Ａを駆動するフィードフォワード型とすることも可能である。この場合もフィードフォワードの比例係数ＡをＡ＝Ａ０×η０／ηで補正すればよい。

また、光増幅器の増幅媒体としてエルビウムドープファイバを適用したが、エルビウム以外の他の希土類をドープした光ファイバを増幅媒体とすることも勿論可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記２）半導体レーザを用いた励起光源から出力される励起光を希土類ドープファイバに供給して信号光の増幅を行う光増幅器であって、
前記励起光源を駆動する駆動信号を、前記希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調する駆動信号変調部と、
該駆動信号変調部で変調された駆動信号によって駆動された励起光源から出力される励起光のパワーを当該励起光源の駆動状態に対応させて測定する励起光パワー測定部と、
該励起光パワー測定部の測定結果に基づいて、前記励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きを求める演算処理部と、を備えて構成されたことを特徴とする光増幅器。

（付記３）付記２に記載の光増幅器であって、
前記希土類ドープファイバで増幅される信号光に対する利得が一定となるように前記励起光源の駆動状態を制御する励起光制御部と、
前記演算処理部で求められた前記励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きに応じて、前記励起光制御部を構成する回路に含まれる比例要素を補正する補正部と、を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記４）付記３に記載の光増幅器であって、
前記励起光制御部は、前記希土類ドープファイバに入力される信号光のパワーをモニタする入力側モニタ系と、前記希土類ドープファイバから出力される信号光のパワーをモニタする出力側モニタ系と、前記入力側モニタ系および前記出力側モニタ系でそれぞれモニタされる各信号光パワーを比較し、該比較結果を基に前記希土類ドープファイバで増幅される信号光に対する利得が一定となるように前記励起光源の駆動状態を制御する駆動制御信号を生成する制御回路と、を有し、
前記駆動信号変調部は、前記入力側モニタ系のモニタ結果を示す信号、前記出力側モニタ系のモニタ結果を示す信号および前記駆動制御信号のいずれかを、前記希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調することを特徴とする光増幅器。

（付記５）付記４に記載の光増幅器であって、
前記励起光制御部を構成する回路に含まれる比例要素は、前記入力側モニタ系のモニタ結果を示す信号および前記出力側モニタ系のモニタ結果を示す信号が入力される誤差増幅器の利得であることを特徴とする光増幅器。

（付記６）付記５に記載の光増幅器であって、
前記誤差増幅器は、前記励起光源の寿命初期の基準温度における駆動電流に対する光出力特性の傾きをη０とするとき、該η０に対応させて利得が設定され、
前記補正部は、前記演算処理部で求められた前記励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きをηとするとき、前記誤差増幅器の利得がη０／η倍となるように補正を行うことを特徴とする光増幅器。

（付記７）付記２に記載の光増幅器であって、
前記駆動信号変調部は、前記希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数を有する交流信号を発生する発振器と、該発振器から出力される交流信号を前記駆動信号に重畳する加算器と、を有することを特徴とする光増幅器。

本発明に係る光増幅器の一実施形態を示す構成図である。図１における制御回路に相当する部分の具体的な構成例を示す回路図である。上記の実施形態において励起光源のＩ−Ｌ特性の傾きを算出する方法を説明するための概念図である。ＥＤＦにおける励起光に対する信号光の周波数応答の一例を示す図である。上記の実施形態における励起光源の駆動電流と信号光パワーの時間的な変動を示す実験データである。上記の実施形態に関連した変形例を示す構成図である。上記の実施形態に関連した他の変形例を示す構成図である。ＡＧＣが適用された従来の光増幅器の一例を示す構成図である。信号光のアド／ドロップを伴うシステムに従来の光増幅器を適用した一例を示す図である。図９のシステムにおいて信号光波長数の急激な変化が生じた場合に光サージが発生する様子を説明するための図である。半導体レーザのＩ−Ｌ特性の傾きが温度に依存して変化する様子を示す図である。信号光波長数の変化時に生じる残存信号光のレベル変動をＡＧＣ回路の比例要素に対応させて示した図である。

符号の説明

１…エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
２…半導体レーザモジュール
２Ａ…励起光源（ＬＤ）
２Ｂ…駆動回路（ＤＲＶ）
２Ｃ，５，７…受光素子（ＰＤ）
３…合波器
４，６…分波器
８…ＡＧＣ回路
９…変調回路（ＭＯＤ）
ＡＭＰ３…誤差増幅器
ＭＵＬ…乗算器
ＡＤＤ…加算器
μ１…マイクロコントローラ

Claims

半導体レーザを用いた励起光源から出力される励起光を希土類ドープファイバに供給して信号光の増幅を行う光増幅器であって、
前記励起光源を駆動する駆動信号を、前記希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調する駆動信号変調部と、
該駆動信号変調部で変調された駆動信号によって駆動された励起光源から出力される励起光のパワーを当該励起光源の駆動状態に対応させて測定する励起光パワー測定部と、
該励起光パワー測定部の測定結果に基づいて、前記励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きを求める演算処理部と、
前記希土類ドープファイバで増幅される信号光に対する利得が一定となるように前記励起光源の駆動状態を制御する励起光制御部と、
前記演算処理部で求められた前記励起光源の駆動電流に対する光出力特性の傾きに応じて、前記励起光制御部を構成する回路に含まれる比例要素を補正する補正部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光増幅器。
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記励起光制御部は、前記希土類ドープファイバに入力される信号光のパワーをモニタする入力側モニタ系と、前記希土類ドープファイバから出力される信号光のパワーをモニタする出力側モニタ系と、前記入力側モニタ系および前記出力側モニタ系でそれぞれモニタされる各信号光パワーを比較し、該比較結果を基に前記希土類ドープファイバで増幅される信号光に対する利得が一定となるように前記励起光源の駆動状態を制御する駆動制御信号を生成する制御回路と、を有し、
前記駆動信号変調部は、前記入力側モニタ系のモニタ結果を示す信号、前記出力側モニタ系のモニタ結果を示す信号および前記駆動制御信号のいずれかを、前記希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数で変調することを特徴とする光増幅器。
請求項１または２に記載の光増幅器であって、
前記駆動信号変調部は、前記希土類ドープファイバのカットオフ周波数よりも高い周波数を有する交流信号を発生する発振器と、該発振器から出力される交流信号を前記駆動信号に重畳する加算器と、を有することを特徴とする光増幅器。