JP4603361B2 - 光増幅器の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重光伝送システム等の光通信システムにおいて使用される光増幅器の制御装置に関する。

光通信システムでは、良く知られているように、所定間隔ごとに光増幅器を設けることにより長距離伝送が実現されている。例えば、太平洋を横断する光伝送路上には、数１０個〜数１００個の光増幅器が設けられている。この光増幅器には、エルビウム（Er）やプラセオジウム（Pr）、ツリウム（Tm）等の希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いるものがあり、中でも、他に比べて高出力，高利得，広帯域が得られる、エルビウムイオンをドープした光ファイバ（EDF：Erbium Doped Fiber）が良く用いられている。

一方、近年のインターネットの普及などに伴って、ネットワークを介して伝送される情報量が急激に増加してきており、伝送システムのさらなる大容量化が求められている。そして、伝送システムの大容量化を実現する技術の１つとして、波長多重(WDM：Wavelength Division Multiplex)伝送方式が既に実用化されている。
このＷＤＭ伝送システムでは、互いに波長の異なる複数の信号光（チャネル）が多重化されて１本の光伝送路（光ファイバ）を介して伝送される。したがって、ＷＤＭ伝送システムにおいて使用される光増幅器は、複数の信号光を一括して増幅できることが要求される。

また、近年、より柔軟なネットワーク構成を実現するのに、各信号光（チャネル）を個別に増減設できるＯＡＤＭ（Optical Add-Drop Multiplex）装置も実用化されており、光伝送路を伝送される信号光パワーは一定にならない。このように、チャネル数の変化（この変化は一部のチャネルに障害が生じた場合にも当然生じる）により信号光パワーが大きく変動すると、他チャネルの信号光が正常に受信・復調できなってしまう。

そこで、従来の光通信システムでは、ＷＤＭ信号の信号波長数が変化した場合でも、光増幅器において増幅利得を一定に制御することで、各信号波長の出力パワーが一定になるように制御することが行なわれる。かかる制御方式をＡＧＣ(Automatic Gain Control)という。
具体的には、光増幅器の出力光パワーをモニタし、そのモニタ値に基づいて光増幅器の出力光パワーが一定となるように光増幅器の増幅利得（実際には例えば励起光パワー）を制御することが行なわれる。

しかしながら、このような従来の制御方式（ＡＧＣ）では、入力光パワーが変化してから、その影響を適切に制御するまでに数１０ｍｓ程度の時間を要するため、信号光波長の増減設に制約が生じている。また、事故による断線等が生じた場合には、長時間にわたって他波長の信号レベルへの影響が生じてしまう。
このため、光増幅器のＡＧＣには、入力光パワーの変化に高速に追従して短時間で出力光パワーを一定制御できることが望まれる。しかし、ＡＧＣの応答速度を無制限に高速化してしまうと、発振現象が生じてしまうおそれがある。

そこで、ＡＧＣの高速化手法として、従来は、例えば、特開平9-200145号公報（以下、特許文献１という）や特開平7-221737号公報（以下、特許文献２という）で提案されているような技術がある。
即ち、まず、特許文献１に記載の技術では、増幅すべき光信号を所定の遅延時間を有する光ファイバを介して光増幅器（ＥＤＦ）に入力する構成とし、その光ファイバの入力端に信号光が到達したことを検知したときからその信号光がＥＤＦに到達するまでの間に励起光の供給を開始することが行なわれる（例えば、特許文献１の段落〔００３４〕〜〔００３９〕参照）。これにより、励起光制御に要する時間に上記遅延時間分だけ余裕をもたせることが可能となり、その結果、光サージの発生を抑制しながら、ＡＧＣの応答速度も向上することが可能になる。

一方、特許文献２に記載の技術では、入力信号光の変化を相殺するための調節光を光増幅器に信号光の伝送方向とは逆方向から入力し、その調節光に応答して光増幅器の励起光を制御することにより光増幅器の出力一定制御が行なわれる。この手法によれば、制御すべき光増幅器の入力光パワーの範囲を狭くすることができるので、容易にＡＧＣの応答速度を向上することが可能である（例えば、特許文献２の段落〔００１６〕〜〔００２７〕参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、光増幅器へ入力する信号光を遅延させるための光ファイバを余分に設けているため、その光ファイバによる特性劣化と、光増幅器の大型化を招く結果となる。また、特許文献２に記載の技術では、調節光の高速制御が必要となり、また、当該調節光出力による光増幅器の消費電力及び発熱の増大を招く結果となる。
本発明は、以上のような課題に鑑み創案されたもので、信号光の入力パワー変動に、発振現象，光増幅器の大型化，消費電力及び発熱の増大化を生じさせることなく、高速に追従することのできる、光増幅器の制御装置を提供することを目的とする。
特開平9-200145号公報 特開平7-221737号公報

上記の目的を達成するために、本発明の希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いる光増幅器の制御装置は、以下の各手段をそなえていることを特徴としている。
(1)光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する第１の制御手段
(2)該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて該第１の制御手段による該光増幅器の利得制御量である該増幅媒体の励起光パワー制御値を変化させる利得制御量可変手段
ここで、上記の第１の制御手段は、該入力光パワーと該光増幅器の目標利得との乗算値と、該出力光パワーとの差分を求め、該差分に基づいて該利得制御量である該増幅媒体の該励起光パワー制御値を求める利得制御量演算器をそなえ、上記の利得制御量可変手段は、該差分に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる係数制御器をそなえるとともに、該励起光パワー制御値が該係数と該差分とを乗じることで与えられ、該係数は、該入力光パワーまたは該出力光パワーの減少とともに増大する。

また、本発明の希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いる他の光増幅器の制御装置は、以下の各手段をそなえていることを特徴としている。
(1)光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する第１の制御手段
(2)該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて該第１の制御手段による該光増幅器の利得制御量である該増幅媒体の励起光パワー制御値を変化させる利得制御量可変手段
ここで、上記の第１の制御手段は、該入力光パワーと該光増幅器の目標利得との乗算値と、該出力光パワーとの差分を求め、該差分と当該差分の積分値とに基づいて該利得制御量である該増幅媒体の該励起光パワー制御値を求める利得制御量演算器をそなえ、上記の利得制御量可変手段は、該差分に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の第１の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる係数制御器をそなえるとともに、該励起光パワー制御値が、該第１の係数と該差分との乗算値と、第２の係数と該積分値との乗算値とを加えることで与えられ、該第１の係数は、該入力光パワーまたは該出力光パワーの減少とともに増大する。

さらに、本発明の希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いる他の光増幅器の制御装置は、以下の各手段をそなえていることを特徴としている。
(1)光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する第１の制御手段
(2)該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて該第１の制御手段による該光増幅器の利得制御量である該増幅媒体の励起光パワー制御値を変化させる利得制御量可変手段
ここで、上記の第１の制御手段は、該入力光パワーと該光増幅器の目標利得との乗算値と、該出力光パワーとの差分を求め、該差分と当該差分の積分値とに基づいて該利得制御量である該増幅媒体の該励起光パワー制御値を求める利得制御量演算器をそなえ、上記の利得制御量可変手段は、該差分に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の第１の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる第１の係数制御器と、該積分値に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の第２の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる第２の係数制御器とをそなえるとともに、該励起光パワー制御値が該第１の係数と該差分との乗算値と、該第２の係数と該積分値との乗算値とを加えることで与えられ、該第１の係数及び該第２の係数は、それぞれ該入力光パワーまたは該出力光パワーの減少とともに増大する。

また、本発明の光増幅器の制御装置において、光増幅器の制御装置は、該入力光パワーに基づいて該光増幅器の利得をフィードフォワード制御する際の励起光パワー制御値を求める第２の制御手段をさらにそなえ、上記の第１の制御手段で求められた該励起光パワー制御値と、上記の第２の制御手段で求められた該励起光パワー制御値とを加えることで与えられる励起光パワー制御値により、光増幅器の利得を制御してもよい。
さらに、本発明の関連技術において、上記の光増幅器が、第１の励起光源と第２の励起光源とを有する場合に、上記の第１の制御手段は、該第１の励起光源に期待する出力光パワーが得られないときに、該第２の励起光源で不足分を補うための利得制御量を求める不足分決定部と、この不足分決定部で求められた該利得制御量に対して、該第１の励起光源に期待する出力光パワーが足りているときと足りていないときとで、該差分に対する係数が変わらないような変換を施す変換部とをそなえていてもよい。

また、本発明の関連技術において、光増幅器の制御装置は、第１の励起光源と第２の励起光源とを有する光増幅器の制御装置であって、該光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の目標利得からの差分を求め、その差分に基づいて該光増幅器の利得を制御する制御手段をそなえ、この制御手段が、該第１の励起光源に期待する励起光パワーが得られないときに、該第２の励起光源で不足分を補うための利得制御量を求める不足分決定部と、この不足分決定部で求められた該利得制御量に対して、該第１の励起光源に期待する励起光パワーが足りているときと足りていないときとで、該差分に対する係数が変わらないような変換を施す変換部とをそなえたことを特徴としている。

さらに、本発明の関連技術において、光増幅器の制御方法は、(1)光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する際の利得制御量を求め、(2)求めた該利得制御量を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させることを特徴としている。
また、本発明の関連技術において、光増幅器の制御方法は、第１の励起光源と第２の励起光源とを有する光増幅器の制御方法であって、該光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の目標利得からの差分を求め、その差分に基づいて該光増幅器の利得を制御するにあたって、(1)該第１の励起光源に期待する励起光パワーが得られないときに、該第２の励起光源で不足分を補うための利得制御量を求め、(2)当該利得制御量に対して、該第１の励起光源に期待する励起光パワーが足りているときと足りていないときとで、該差分に対する係数が変わらないような変換を施すことを特徴としている。

第１実施形態に係る光増幅器の要部の構成を示すブロック図である。 図１に示す制御部の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る入力光パワーに対する必要なフィードバック係数と収束限界との関係を示す図である。 図２に示すフィードバック制御部及びフィードバック係数制御部の構成を示すブロック図である。 図４に示すフィードバック制御部及びフィードバック係数制御部の第１変形例を示すブロック図である。 図４に示すフィードバック制御部及びフィードバック係数制御部の第２変形例を示すブロック図である。 第２実施形態に係る光増幅器の制御部の構成を示すブロック図である。 図７に示すフィードバック制御部，フィードバック係数制御部及びフィードフォワード制御部の構成を示すブロック図である。 図８に示すフィードバック制御部，フィードバック係数制御部及びフィードフォワード制御部の第１変形例を示すブロック図である。 図８に示すフィードバック制御部，フィードバック係数制御部及びフィードフォワード制御部の第２変形例を示すブロック図である。 第３実施形態に係る光増幅器の要部の構成を示すブロック図である。 図１１に示す制御部の構成を示すブロック図である。 図１３に示す制御部の変形例を示すブロック図である。 励起光パワー制御（補正なし）を説明すべく励起光制御値と励起光パワーとの関係を示す図である。 図１２に示す制御部による励起光パワー制御（補正あり）を説明すべく励起光制御値と励起光パワーとの関係を示す図である。

〔Ａ〕第１実施形態の説明
図１は第１実施形態に係る光増幅器の要部の構成を示すブロック図で、この図１に示す光増幅器１は、光分波器２，３，６，エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）４，ゲインイコライザ５，光センサ７，９，励起光源８及び制御部（制御装置）１０をそなえて構成されている。

ここで、光分波器２は、光伝送路２０から受信されるＷＤＭ信号光（主信号光）の一部を分岐して一方をＥＤＦ４側へ出力するとともに他方をパワーモニタのためのモニタ光として光センサ７へ出力するものであり、光分波器３は、光分波器２からの主信号光に励起光源８から供給される励起光（ポンプ光）を結合するためのものである。
また、ＥＤＦ４は、光合波器３からの主信号を上記励起光により増幅するものであり、ゲインイコライザ５は、このＥＤＦ４の増幅出力の利得（ゲイン）を主信号光の各波長の利得を等化（平坦化）するためのものであり、光分波器６は、このゲインイコライザ５の等化出力の一部を分岐して、一方を出力側の光伝送路３０へ出力するとともに他方をパワーモニタのためのモニタ光として光センサ９へ出力するものである。

一方、光センサ７は、光分波器２で分岐されてくるモニタ光を受光してその受光量（パワー）に応じた電気信号を生成するものであり、光センサ９は、同様に、光分波器６で分岐されてくるモニタ光を受光してその受光量（パワー）に応じた電気信号を生成するもので、いずれも、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）により構成される。つまり、上記の光センサ７は、光増幅器として機能するＥＤＦ４の入力光パワーを測定する入力光測定手段、光センサ９は、ＥＤＦ４の出力光パワーを測定する出力光測定手段としてそれぞれ機能するのである。

また、励起光源８は、ＥＤＦ４のための励起光を生成するためのもので、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）により構成される。
そして、制御部１０は、上記の各光センサ７，９によるパワー測定結果（入力光パワー及び出力光パワー）に基づいて励起光源８の励起光パワーを制御して、ＥＤＦ４の利得を一定制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）するためのものであるが、本実施形態では、入力光パワーの急激な変動に対しても十分追従できるよう、従来よりもＡＧＣ制御の応答速度を向上するための工夫がなされている。

具体的に、本実施形態の制御部１０は、例えば図２に示すように、フィードバック制御部１１及びフィードバック係数制御部１２をそなえて構成される。
ここで、フィードバック制御部（第１の制御手段）１１は、光センサ７，９でそれぞれモニタされた入力光パワー及び出力光パワーに基づいてＥＤＦ４の利得（即ち、励起光パワー）をフィードバック制御する際の制御量を求めるもので、具体的には、例えば、以下の計算式（１）で制御量を求めるようになっている。

ＬＤ_out＝ａ×（Ｐ_in×Ｇ−Ｐ_out ） …（１）
ＬＤ_out：励起光パワー
Ｐ_in：入力光パワー
Ｐ_out：出力光パワー
Ｇ：目標利得
このため、フィードバック制御部１１は、例えば図４に示すように、入力光パワーＰ_inと目標利得Ｇとを乗算する乗算器１１−１と、その乗算結果から出力光パワーＰ_outを減算して差分を求める減算器１１−２と、得られた差分にフィードバック係数ａを乗算して励起光制御値を求める乗算器１１−３とをそなえて構成される。

つまり、これらの乗算器１１−１，減算器１１−２及び乗算器１１−３は、光増幅器１の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて光増幅器１の目標利得Ｇからの差分（入力光パワーＰ_in×目標利得Ｇ−出力光パワーＰ_out）を求め、その差分に基づいて利得制御量を求める利得制御量演算器としての機能を果たすのである。
ここで、反応の早いフィードバック制御を行なうためには、上記の式（１）における係数（フィードバック係数）ａを大きくすれば良いが、この係数ａを無制限に大きくすると、ＥＤＦ４の出力が発振してしまい収束しなくなる。特に、光増幅器としてよく用いられているＥＤＦ４では、その特性のために発振を起こしやすく、入力光パワーの急激な変動に対しても十分追従できるほどフィードバック係数ａを大きくとることができない。

しかしながら、励起光パワーの変化に対するＥＤＦ４の過渡現象を考慮し、入出力光パワーに応じたフィードバック係数ａにすることで、発振しない状態のまま、より高速な制御を実現できる。例えば、ＥＤＦ４では、入力光パワーと発振状態となる係数（収束限界）ａ及び十分な性能（高速応答性能）を確保できる係数ａとの関係は図３に示すようになる。この図３に示すように、係数ａを大きくする必要のあるところでは発振しにくい特性をもつことが分かる。

そこで、本実施形態では、フィードバック係数制御部（利得制御量可変手段）１２により、フィードバック係数ａを光センサ７でモニタされた入力光パワーＰ_inに応じて制御（可変）する。具体的には、図４に示すように、図３中に示す必要なフィードバック係数ａの関数ｆ₁（関数演算器１２−１）により制御する。
ここで、図３中に示す必要なフィードバック係数ａの関数ｆ₁は、例えば、以下の式（２）で表すことができる。

ｆ₁＝ｂ×収束限界 …（２）
この式（２）において、「ｂ」は０以上１未満の定数であるが、これはどの程度の高速応答性能が必要かで決まる。また、「収束限界」は、例えばＥＤＦ４に20dB程度の利得をもたせる場合、以下の式（３）で表すことができる。
収束限界＝ｃ／Ｐ_in …（３）
したがって、関数ｆ₁は、
ｆ₁＝ｂｃ／Ｐ_in …（４）
と表すことができる。ただし、上記の式（３），（４）における「Ｐ_in」は入力光パワー、「ｃ」はＥＤＦ特性や利得によって決まる定数をそれぞれ表す。なお、入力光パワーが小さい場合、この式（４）をそのまま用いるとフィードバック係数ａが大きくなり、応答が高速すぎたり演算回路が複雑になるので、入力光パワーの小さいところではフィードバック係数ａを一定にしたり、「ｂ」の値を変化させたりした方が良いこともある。

また、小さな論理回路等で上記の各制御部１１及び１２を実装する場合には、上記関数ｆ₁の除算を実現が困難となるが、例えば、関数ｆ₁をテーブル形式のデータとしてＲＡＭ等の所要メモリにもたせて実装することにより実現可能である。
上述の構成により、本実施形態の光増幅器１では、光増幅器１（ＥＤＦ４）の入力光パワーＰ_inと出力光パワーＰ_outとがそれぞれ光センサ７，９において測定され、フィードバック制御部１１において、測定された入力光パワーＰ_inと出力光パワーＰ_inとに基づいて目標利得Ｇからの差分（入力光パワーＰ_in×目標利得Ｇ−出力光パワーＰ_out）が減算器１１−２により求められ、得られた差分にフィードバック係数ａが乗算器１１−３にて乗じられて、励起光制御値が求められる。

そして、この際、上記フィードバック係数ａが、フィードバック係数制御部１２（関数ｆ₁）により入力光パワーＰ_inに応じて可変されて、「収束限界」以下で必要十分な値となり、発振現象を生じさせることなく、ＥＤＦ４のＡＧＣを高速化することができる。特に、本例では、フィードフォワード制御部１３によるフィードフォワード制御も併せて行なうので、より高速なＡＧＣを実現できる。

したがって、ＷＤＭ伝送システムにおいて使用される光増幅器１に対する信号光の入力パワー変動に、発振現象，光増幅器の大型化，消費電力及び発熱の増大化を生じさせることなく、高速に追従することができ、光増幅器１の出力パワー変動を抑制することができる。具体的には、信号光として使用されている波長（チャンネル）の数が変動したときに、各信号光の出力パワー変動を小さくすることができる。その結果、従来よりも安定したＷＤＭ光通信を実現することができる。

（Ａ１）第１変形例の説明
図５は上述した制御部１０（フィードバック制御部１１及びフィードバック係数制御部１３）の第１変形例を示すブロック図で、この図５では、図４に示す構成に比して、フィードバック制御部１１が、上述した乗算器１１−１，１１−３，減算器１１−２に加えて、積分器１１−４，乗算器１１−５及び加算器１１−６をさらにそなえている点が異なる。なお、その他の構成要素（既述の符号と同一符号を付したもの）はそれぞれ特に断らない限り既述のものと同一もしくは同様のものであり、以降の変形例においても同様である。

ここで、積分器１１−４は、減算器１１−２で得られた差分を積分するものであり、乗算器１１−５は、この積分器１１−４で得られた上記差分についての積分値に所定の係数を乗算するものであり、加算器１１−６は、この乗算器１５での乗算結果と乗算器１１−３の乗算結果とを加算して、励起光制御値を求めるものである。
つまり、本例のフィードバック制御部１１の各構成要素１１−１〜１１−６は、光増幅器１の入力光パワーＰ_inと出力光パワーＰ_outとに基づいて目標利得Ｇからの差分（入力光パワーＰ_in×目標利得Ｇ−出力光パワーＰ_out）を求め、その差分と当該差分の積分値とに基づいて光増幅器１の利得制御量を求める利得制御量演算器として機能するのである。

このような構成によっても、上述した実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、上述した実施形態に比して、より安定したＡＧＣを実現できる。
（Ａ２）第２変形例の説明
図６は上述した制御部１０（フィードバック制御部１１及びフィードバック係数制御部１３）の第２変形例を示すブロック図で、この図６では、図５に示した構成に比して、フィードバック係数制御部１２が、前記の関数ｆ₁（関数演算器１２−１）に加えて関数ｆ₂(関数演算器１２−２)をそなえるとともに、その関数ｆ₂の出力がフィードバック制御部１１の乗算器１１−５にて積分器１１−４の出力と乗算される構成になっている点が異なる。

ここで、上記の関数ｆ₂は、上述した関数ｆ₁における「ｃ」の値が異なるだけの関数である（ＥＤＦ特性や利得，アンプ構成等によって異なる）。つまり、本例では、フィードバック制御部１１において、減算器１１−２により得られた差分のみならず、積分器１１−４で得られたその差分の積分値についても乗じる係数をも関数ｆ₂により入力光パワーＰ_inに応じて可変するようになっているのである。

したがって、この場合も、上述した実施形態及び第１変形例と同様の作用効果が得られるとともに、図５に示すものに比して、より高速且つ安定したＡＧＣを実現できる。
〔Ｂ〕第２実施形態の説明
図７は第２実施形態に係る光増幅器の制御部の構成を示すブロック図で、この図７に示す制御部１０は、図２に示すものに比して、フィードフォワード制御部１３及び加算器１４をさらにそなえている点が異なる。

ここで、フィードフォワード制御部（第２の制御手段）１３は、光センサ７でモニタされた入力光パワーＰ_inに応じて励起光パワーをフィードフォワード制御する際の制御量（励起光制御値）を求めるものであり、加算器１４は、各制御部１１及び１３で求められた励起光制御値を加算して励起光制御信号として励起光源８に供給するものである。
具体的に、この場合は、例えば図８に示すように、フィードバック制御部１１が既述のものと同様の乗算器１１−１，１１−３及び減算器１１−２をそなえて構成され、フィードバック係数制御部１２が既述のものと同様の関数ｆ₁（関数演算器１２−１）をそなえて構成され、さらに、フィードフォワード制御部１３がフィードフォワード関数ｆ₃（関数演算器１３−１）をそなえて構成される。なお、フィードフォワード関数ｆ₃は公知のフィードフォワード制御に用いる関数でよい。

つまり、本実施形態の制御部１０は、フィードバック制御部１１とフィードフォワード制御部１３との組み合わせで光増幅器１の利得を制御するように構成されているのである。これにより、第１実施形態に比して、さらに光増幅器１のＡＧＣを、発振現象を生じさせることなく、高速化することが可能となる。
なお、このようにフィードフォワード制御部１３を用いる場合も、図５，図６により前述した構成と同様に、例えば図９，図１０にそれぞれ示すように、フィードバック制御部１１を、減算器１１−２により得られる差分の積分値をフィードバック制御に用いる構成としてもよいし、かかる構成において積分値に乗じる係数をも関数ｆ₂により可変にする構成としてもよい。いずれの場合も、光増幅器１のＡＧＣをより安定して高速に実施することが可能になる。

〔Ｃ〕第３実施形態の説明
図１１は第３実施形態に係る光増幅器の要部の構成を示すブロック図で、この図１１に示す光増幅器１は、図１に示すものに比して、複数（ここでは、２つ）の励起光源８−１，８−２が設けられるとともに、励起光源８−２で生成された励起光をＥＤＦ４の後方からＥＤＦ４に入力するための光合波器３′がＥＤＦ４とゲインイコライザ５との間に設けられている点が異なる。

そして、この場合の制御部１０も、図２に示すものと同様のフィードバック制御部１１とフィードバック係数制御部１２とをそなえているが、この場合は、フィードバック制御部１１として、例えば図１２に示すように、関数ｆ₄（電流値演算器１１Ａ−７），関数ｆ₅（電流値演算器１１Ｂ−７），関数ｆｃ（変換演算器１１Ｂ−８），リミッタ１１Ａ−８，１１Ｂ−９をそなえて構成されている。なお、乗算器１１−１，減算器１１−２，乗算器１１−３，関数ｆ₁はそれぞれ既述のものと同一もしくは同様のものである。

ここで、上記の関数ｆ₄（電流値演算器１１Ａ−７）は、前述したように乗算器１１−３により求められた励起光制御値から一方（第１）の励起光源８−１を駆動するための電流値を求めるものであり、リミッタ１１Ａ−８は、この関数ｆ₄で求められた電流値が励起光源８の許容範囲を超えている場合に当該許容範囲内（最大値以下）に抑えるためのものである。

ただし、このリミッタ１１Ａ−８は、本実施形態では、関数ｆ₄で求められた電流値が許容範囲を超えている場合には、本来出力すべき電流値から上記最大値を差し引いた電流値が一方の励起光源８−１による励起光パワーの不足分に対応する電流値（以下、不足電流値という）として関数ｆｃ（変換演算器１１Ｂ−８）に供給されるようになっている。つまり、このリミッタ１１Ａ−８は、励起光源８−１に、期待する励起光パワーが得られないときに、他の励起光源８−２でその不足分を補うための利得制御量を求める不足分決定部としての機能を果たすのである。

次に、上記の関数ｆ₅（電流値演算器１１Ｂ−７）は、関数ｆ₄と同様に、上記励起光制御値から他方の励起光源８−２を駆動するための電流値を求めるためのものであり、関数ｆｃ〔変換演算器（変換部）１１Ｂ−８〕は、この関数ｆ₄で得られた電流値とリミッタ１１−８から供給される上記不足電流値とにより、一方の励起光源８−１による励起光パワーの不足分を他方の励起光源８−２の励起光パワーで補おうとする際に、上記不足電流値を両励起光源８−１，８−２についてのフィードバック係数ａが変わらないような補正（変換）を施すためのものである。

具体的に、この関数ｆｃ（変換演算器１１Ｂ−８）の出力（電流値）Ｉ_３は、関数ｆ₅の出力をＩ_１、不足分電流値をＩ_２とすると、例えば以下の式（５）で表される。
ｆｃ＝Ｉ_３＝Ｉ_１＋ｄ×Ｉ_２ …（５）
この式（５）は、不足電流値が無い場合は関数ｆ₅で求められた電流値がそのまま励起光源８−２の駆動電流値となり、それ以外の場合は関数ｆ₅で求められた電流値に、フィードバック係数ａが変わらないように補正した不足電流値を加算したものが励起光源８−２の駆動電流値となることを意味している。なお、この式（５）における「ｄ」は図１４及び図１５中に示す「状態１」と「状態２」とでフィードバック係数ａが同じとなるように選定する（実測により簡単に求めることができる）。このようにすると、「状態１」と「状態２」とで、発振限界を同じにすることができる。

なお、図１４は、励起光源８−１と励起光源８−２の最大出力が同じであり、且つ、励起光源８−１と励起光源８−２の出力パワー（励起光パワー）が２：１になるように制御する場合に、上記関数ｆｃによる補正を行なわないときの励起光制御値（駆動電流値）と励起光源８−１，８−２の各励起光パワーとの関係を示しており、図１５は、上記関数ｆｃによる補正を行なったときの励起光制御値（駆動電流値）と励起光源８−１，８−２の各励起光パワーとの関係を示している。

即ち、上記関数ｆｃによる補正を行なわない場合は、図１４に示すように、「状態１」では実線２０，２１で表す各励起光パワーとも励起光制御値の増大に伴って線形に増加してゆくが、「状態２」では、実線２０で示す一方の励起光源８−１の励起光パワー（駆動電流値）がリミッタ１１Ａ−８により最大値に維持され、実線２１で示す他方の励起光源８−２の励起光パワーは最大値に達するまで「状態１」と同じ傾きで線形に増加してゆくことがわかる。

これに対し、上記関数ｆｃによる補正を行なった場合は、図１５中に実線２１で示すように、「状態２」において、「状態１」での傾きよりも大きな傾きで励起光源８−２の励起光パワーが増加して、励起光源８−１の励起光パワーの不足分が励起光源８−２の励起光パワーで補われることがわかる。
なお、図１２に示すリミッタ１１Ｂ−９は、上記のリミッタ１１Ａ−８と同様に、この関数ｆｃの出力（電流値）が励起光源８−２の許容範囲を超えている場合に当該許容範囲内（最大値以下）に抑えるためのものである。

以上のような構成により、本実施形態の制御部１０（フィードバック制御部１１）では、励起光源８−１の励起光パワーが最大値に達するまで（図１５に示す「状態１」の間）は、両励起光源８−１，８−２の励起光パワーが、図１５中に実線２０，２１で示すように、それぞれ関数ｆ₁により入力光パワーに応じて可変されたフィードバック係数ａを用いて求められた励起光制御値（乗算器１１−３の出力）を基に制御される。

これに対し、励起光源８−１の励起光パワーが最大値に達した後（図１５に示す「状態２」の間）は、励起光源８−１の励起光パワーは最大値に維持され、これによる不足分（リミッタ１１Ａ−８で求められる不足電流値）が関数ｆｃで補正されるとともに関数ｆ₅で求められた電流値に加えられることにより、励起光源８−２の励起光パワーが、図１５中の実線２１で示すように、「状態１」と「状態２」とで同じフィードバック係数ａで、且つ、励起光源８−１による不足分を補うように増加する。

このように、本実施形態によれば、光増幅器１に複数の励起光源８−１，８−２が用いられ、一方の励起光源８−１の励起光パワーが不足した場合に他の励起光源８−２の励起光パワーでその不足分を補う場合においても、発振限界の異なる状態を見かけ上なくして、発振現象を生じさせることなく、安定したＡＧＣを実施することができる。
また、この場合は、各励起光源８−１，８−２に共通の制御部１０（フィードバック制御部１１）によって、フィードバック係数ａを入力光パワーに応じて可変にするので、励起光源８−１，８−２毎に個別の制御部を設ける必要がなく、低コストで高速なＡＧＣを実現することができる。

なお、上述した励起光パワー不足分の補正機能は、例えば図１３に示すように、フィードバック係数ａが固定の（関数ｆ₁をもたない）既存のフィードバック制御部１１に適用してもよい。また、第２実施形態において前述したフィードフォワード制御部１３をそなえた制御部１０に適用することも可能である。
さらに、上述した例では、励起光源８−１の励起光パワーが不足する場合に励起光８−２の励起光パワーでその不足分を補う場合であるが、勿論、逆に励起光源８−２の励起光パワーが不足する場合に励起光源８−１の励起光パワーでその不足分を補う場合も同様である。

また、上述した例では、励起光源８−１，８−２がＥＤＦ４を挟む形でＥＤＦ４の入出力側に配置されているが、入力側及び出力側のいずれか一方にのみ配置されていてもよい。さらに、励起光源の数も２つに限られず、３つ以上配置される場合もある。
〔Ｄ〕その他
なお、本発明は、上述した各実施形態及びその変形例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上述した例では、フィードバック制御部１１において、差分又は差分とその積分値を用いた制御を行なう場合について説明したが、これらと差分の微分値との組み合わせを用いた制御を実施するようにすることもできる。
また、上述した例では、フィードバック制御部１１におけるフィードバック係数ａを光増幅器１の入力光パワーに応じて可変にする構成について説明したが、例えば、出力光パワー又は入力光パワーと出力光パワーの双方に応じて可変にするようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、光増幅器の利得を制御する際に、光増幅器の入力光パワー及び出力光パワーの少なくとも一方に応じて、その利得制御量を可変にするので、信号光の入力パワー変動に、発振現象，光増幅器の大型化，消費電力及び発熱の増大化を生じさせることなく、高速に追従することができ、安定した光通信を実現できる。したがって、光通信分野においてその有用性は極めて高いものと考えられる。

Claims (4)

1. 希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いる光増幅器の制御装置であって、
   該光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する第１の制御手段と、
   該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて該第１の制御手段による該光増幅器の利得制御量である該増幅媒体の励起光パワー制御値を変化させる利得制御量可変手段と、をそなえ、
   該第１の制御手段が、
   該入力光パワーと該光増幅器の目標利得との乗算値と、該出力光パワーとの差分を求め、該差分に基づいて該利得制御量である該増幅媒体の該励起光パワー制御値を求める利得制御量演算器をそなえ、
   該利得制御量可変手段が、
   該差分に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる係数制御器をそなえるとともに、
   該励起光パワー制御値が該係数と該差分とを乗じることで与えられ、該係数は、該入力光パワーまたは該出力光パワーの減少とともに増大することを特徴とする、光増幅器の制御装置。
2. 希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いる光増幅器の制御装置であって、
   該光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する第１の制御手段と、
   該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて該第１の制御手段による該光増幅器の利得制御量である該増幅媒体の励起光パワー制御値を変化させる利得制御量可変手段と、をそなえ、
   該第１の制御手段が、
   該入力光パワーと該光増幅器の目標利得との乗算値と、該出力光パワーとの差分を求め、該差分と当該差分の積分値とに基づいて該利得制御量である該増幅媒体の該励起光パワー制御値を求める利得制御量演算器をそなえ、
   該利得制御量可変手段が、
   該差分に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の第１の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる係数制御器をそなえるとともに、
   該励起光パワー制御値が、該第１の係数と該差分との乗算値と、第２の係数と該積分値との乗算値とを加えることで与えられ、該第１の係数は、該入力光パワーまたは該出力光パワーの減少とともに増大することを特徴とする、光増幅器の制御装置。
3. 希土類イオンを添加した光ファイバを増幅媒体として用いる光増幅器の制御装置であって、
   該光増幅器の入力光パワーと出力光パワーとに基づいて該光増幅器の利得を制御する第１の制御手段と、
   該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて該第１の制御手段による該光増幅器の利得制御量である該増幅媒体の励起光パワー制御値を変化させる利得制御量可変手段と、をそなえ、
   該第１の制御手段が、
   該入力光パワーと該光増幅器の目標利得との乗算値と、該出力光パワーとの差分を求め、該差分と当該差分の積分値とに基づいて該利得制御量である該増幅媒体の該励起光パワー制御値を求める利得制御量演算器をそなえ、
   該利得制御量可変手段が、
   該差分に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の第１の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる第１の係数制御器と、
   該積分値に対する該増幅媒体の該励起光パワー制御値の第２の係数を該入力光パワー及び該出力光パワーの少なくともいずれか一方に応じて変化させる第２の係数制御器とをそなえるとともに、
   該励起光パワー制御値が該第１の係数と該差分との乗算値と、該第２の係数と該積分値との乗算値とを加えることで与えられ、該第１の係数及び該第２の係数は、それぞれ該入力光パワーまたは該出力光パワーの減少とともに増大することを特徴とする、光増幅器の制御装置。
4. 該入力光パワーに基づいて該光増幅器の利得をフィードフォワード制御する際の励起光パワー制御値を求める第２の制御手段をさらにそなえ、
   該第１の制御手段で求められた該励起光パワー制御値と、該第２の制御手段で求められた該励起光パワー制御値とを加えることで与えられる励起光パワー制御値により、該光増幅器の利得を制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の光増幅器の制御装置。

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