JP4663997B2

JP4663997B2 - 広入力ダイナミックレンジ光増幅器を用いた光伝送装置

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Publication number: JP4663997B2
Application number: JP2004065052A
Authority: JP
Inventors: 泰三前田; 武弘藤田; 元義関屋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2011-04-06
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Description

本発明は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）装置において、光増幅器を有する光伝送装置に関する。

図１６〜図１８は、従来の技術を説明する図である。
一般に、ＷＤＭ用の光増幅器の雑音指数（以下、ＮＦ：Noise Figure）は、出力を一定にした場合に、アンプの入力レベルの増加と共に増加する傾向がある。図１６（ａ）では、光増幅器モジュールのＮＦの増加の様子を示している。Ｐｉｎは、光増幅器モジュールへの入力光の入力レベルであり、1チャネルあたりの光強度を示している。この図では、光増幅器モジュールの入力ダイナミックレンジ全体に渡って、Ｐｉｎが増加するに従い、非線形にＮＦが増加しているのが示されている。また、図１６（ｂ）は、ＰｉｎとＯＳＮＲ（Optical Signal-to-Noise Ratio）の関係を示している。ＯＳＮＲは、Ｐｉｎの増加に伴い、上側に凸のカーブを描いており、ＯＳＮＲの最大となる点が存在する。なお、以下において、光増幅器ユニットとは、光増幅器モジュールと光増幅器モジュールのゲインを調整する制御回路等を含んだ光増幅器全体を含む構成である。また、光増幅器モジュールとは、光増幅媒体と励起光源とを少なくとも含む、光信号を増幅するために必要な最小限の構成を含んだ光増幅器ユニットの一部である。

また、ＷＤＭ伝送では利得の波長依存性が光増幅器の利得に依存するため、利得を一定にする必要がある。結局、低ＮＦ、すなわち、発生する雑音を抑え、かつ、波長依存性を小さくすることと、光増幅器の入力ダイナミックレンジを広く確保することとの両立は困難である。

一般に、光増幅器を用いた光伝送システムにおいては、異なるロスを持つスパンが混在するため、光増幅中継器の入力はさまざまな値となり得、広い範囲の入力レベルを取りうる。したがって、システムの性能を最大に得るためには、異なるレベルの入力ダイナミックレンジを持つ光増幅器の種類を複数用意し、入力レベルに応じて最適な光増幅器の種類を選択することで、広範囲の入力レベルに対応せざるを得なかった。また、温度変動などによりスパンロスが変化することがある。また、支障移転（道路工事等に対応するための線路変更）などによりスパンロスが変化することもある。このような場合に、光増幅器の種類の変更が必要になり、新たな用品の手配が必要となる。既に運用開始されているルートでは、光増幅器のタイプの変更は、運用を停止しない限り不可能となる。

広範囲のスパンロスに対応するための手法としては、光増幅器モジュールの入力レベルを、アンプの持つ入力ダイナミックレンジ内に納まるよう調整する方法が考えられる。光レベルの調整を行う方法としては、光増幅器モジュールの前に可変アッテネータ（以下、可変ＡＴＴ）を配置し、これと光増幅器モジュールの入力レベルを測定するモニタ用カプラとＰＤモニタを組み合わせ、モジュールの入力レベルが一定となるよう光レベル調整を行うという手法が考えられる。

図１７は、従来の光増幅器ユニットの構成例である。
光増幅器ユニット１０は、光増幅器モジュール１６のほかに、光増幅モジュール１６への入力の光レベルを調整するための可変アッテネータ（可変ＡＴＴ）１１、ＯＳＣ光（Optical Supervisory Channel光）を分離、検出するための光カプラ１２、光電気変換器１３、光増幅器モジュール１６への入力光の入力レベルをモニタするための、光カプラ１４、ＰＤモニタ１５、光増幅器モジュール１６の出力レベルをモニタするための、光カプラ１７、ＰＤモニタ１８、ＯＳＣ光を主信号に合波するための電気光変換器２０、光カプラ１９及び、可変ＡＴＴ１１を制御する制御回路２１を備える。

図１７より、光増幅器ユニット１０の入力（ＵＰｉｎ）と、光増幅器モジュール１６の入力（Ｐｉｎ）の間には可変ＡＴＴ１１、光カプラ２個１２、１４が存在し、これらの光部品の損失は光増幅器ユニット１０のＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio、光Ｓ／Ｎ比）に影響する。図１８（ａ）に光増幅器モジュール／ユニットのＮＦ特性、図１８（ｂ）に光増幅器モジュール／ユニットのＯＳＮＲ特性を示す。ＵＰｉｎが図１８（ｂ）の領域（Ａ）にある場合、光増幅器ユニットのＮＦの傾きが０ｄＢ／ｄＢ程度になるが、このときＯＳＮＲは、１ｄＢ／ｄＢの傾きを持ち、ＵＰｉｎが損失により減少すると、ＵＰｉｎが減少した分、ＯＳＮＲも減少する。つまり、損失とＯＳＮＲが１：１で対応するため、上記の光部品の損失がそのまま、ＯＳＮＲの劣化となる。従って、この損失をできるだけ減らすことが、ＯＳＮＲ向上のために必要となる。

従来の技術としては、特許文献1及び特許文献２がある。特許文献１は、光信号が断状態になった場合、光増幅器への入力レベルを一定に保つために、光入力レベルを変化させる技術が開示されている。特許文献２には、分岐比可変光カプラを用いて、ハードウェアを共用化した冗長化構成の技術が記載されている。
特開２０００−３１２１８５号公報特開２００１−３３９３４４号公報

以上のように、光増幅器ユニット内の光部品の損失により、光増幅器ユニットの出力信号のＯＳＮＲが劣化することになるので、光増幅モジュールの性能を十分に活用しようとする場合、光増幅ユニットに含まれる光部品の損失をできるだけ小さくすることが有効である。

本発明の課題は、広入力ダイナミックレンジを確保しつつ、ＯＳＮＲを大きくとることのできる光増幅器を備える光伝送装置を提供することである。

本発明の光伝送装置は、光信号を増幅する光増幅手段と、分岐比を可変でき、該光増幅手段への入力を分岐し、一方を該光増幅手段に入力し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐手段と、該可変光分岐手段によって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅手段に入力される光強度を検出し、該光増幅手段への入力光レベルを該可変光分岐手段の分岐比を制御することで調整し、該光増幅手段の信号対雑音比を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明では、光増幅手段への入力レベルを調整するのに、分岐比を可変できる可変分岐手段を用いている。従って、従来の構成の光カプラと光アッテネータの機能を併せ持つことができるので、光アッテネータの分だけ光損失を減少でき、光増幅手段のＯＳＮＲを高くすることができると共に、従来同様広入力ダイナミックレンジを保つことができる。

本発明によれば、広入力ダイナミックレンジを確保しつつ、ＯＳＮＲを大きく取ることのできる光増幅器を備える光伝送装置を提供できる。

図１に、本発明の実施形態が適用されるシステム構成図、図２に、本発明の実施形態に従った光増幅器ユニットの構成図、図３に、本発明の実施形態に従った制御フローを示す。

図１において、ＯＳ（Optical Sender）２５から送出された各波長の光信号は、マルチプレクサ２6によって合波され、光波長多重信号として伝送路に送出される。光ファイバからなる伝送路には、波長分散のために設けられたDCF（Dispersion Compensation Fiber）２８を備える光増幅器ユニット２７が所定間隔毎に設けられている。この光増幅器ユニット２７間のことをスパンと呼び、この１つのスパンにおいて生じる光信号の強度ロスのことをスパンロスと呼ぶ。光波長多重信号は、受信側のデマルチプレクサ２９によって各波長の光信号に分波され、各波長毎に設けられたＯＲ（Optical Receiver）３０によって受信される。

図２において、図１６と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明を省略する。
光増幅器モジュール１６への光入力レベルの調整制御には、ＰＤモニタ１５の測定値を用いる。光増幅器モジュール１６への光入力レベルとＰＤモニタ１５の測定値の関係は、可変光カプラ３５の分岐比に依存するため、制御回路３７内で、可変光カプラ３５の分岐比とＰＤモニタ１５の測定値から、光増幅器モジュール１６への入力レベルへの変換処理を行う必要がある。

図４に、光可変カプラにおける電圧−出力特性を、図５に、光可変カプラにおける電圧−損失特性及び分岐比特性の例を示す。
ここで、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は光可変カプラのスルー方向とブランチ方向の出力レベルであり、ＩＮ１は、光可変カプラへの入力レベルであり、Ｖは可変カプラへの印加電圧をあらわす。

図４においては、電圧の変化に伴い、ＯＵＴ１側の強度とＯＵＴ２側の強度が連続的に変化する様子が描かれている。この図から分かるように、ＯＵＴ１とＯＵＴ２の強度の変化の仕方は、必ずしも線形的ではない。図５においては、可変カプラの電圧−損失特性が描かれているが、分岐比が大きくなるに従い、損失が大きくなっているのが分かる。したって、実際には、図５に「使用範囲」として示される範囲で可変光カプラを使用する。

本発明の実施形態では、可変光カプラ３５の分岐比を可変させ、ＯＵＴ２をＰＤモニタ１５でモニタし、制御回路３７内において、ＯＵＴ２から分岐比特性を用いてＯＵＴ１の値の算出を行う。具体的には、制御回路３７内にて分岐比特性テーブルをデータベースとして持つこととする。分岐比特性テーブルの例を表1に示す。

ＯＵＴ２（すなわち、図２のＰＤｉｎ）と、印加電圧と分岐比（表１）の関係から、ＯＵＴ１、すなわちＰｉｎを計算する。なお、分岐比特性は、線形補間により計算するものとする。

上記により得られた光増幅器モジュール１６への入力レベルＰｉｎを、アンプの入力ダイナミックレンジ内の制御目標値Ｐｔｇｔに一致するように制御を行う。ここで、制御目標値Ｐｔｇｔは、光増幅器モジュール１６の入力ダイナミックレンジ内であれば伝送は可能となるが、システムのパフォーマンスを向上させるためには、ＯＳＮＲが最良となるようにＰｔｇｔを設定するべきである。

このため、最適な入力レベルの算出を行う。制御回路３７は、光増幅器モジュール１６のＮＦ値のデータベースを持つ。このＮＦ値は、Ｐｉｎ対ＮＦのテーブルとして保存されている（以下、ＮＦマスクという）。表２に、ＮＦマスクの例を示す。

表２において、ＥＤＦＡ０１〜ＥＤＦＡ０４は、光増幅器モジュールのタイプを表し、Ｐｏｕｔの＋３．０と＋２．０は、異なる出力パワーレベルを与える光増幅器モジュールの異なるモードを示す。表２に明示されていないＮＦ値は、線形補間により計算するものとする。また、出力パワーレベルによって光増幅器モジュールのＮＦ値は変動するため、ＮＦマスクは光増幅器の出力パワーの値に応じて複数モード分用意する。

式（１）に光増幅器ユニットのＯＳＮＲを表す式を示す。
ＯＳＮＲ＝Ｐｉｎ−ＮＦ−１０ｌｏｇ（ｈνΔｆ）（１）
ここで、ＯＳＮＲ（ｄＢ）は、光増幅器ユニットでの光Ｓ／Ｎ比、Ｐｉｎ（ｄＢｍ／ｃｈ）は、光増幅器モジュールへの入力レベル、Δｆ（Ｈｚ）は、ＡＳＥ光帯域幅、ｈ（Ｊｓ）は、プランク定数、ν（Ｈｚ）は、光周波数である。

ここで、光増幅器ユニットのＯＳＮＲを最大にするＰｉｎを考える。式（１）より、

式（２）より、

このときのＰｉｎを光増幅器モジュールへの入力パワーレベルの制御目標値とする。これより、ＮＦカーブの傾きが１となる点が、制御目標値Ｐｔｇｔとなることが分かる。
上記により制御目標値を求めることができるが、各ＮＦマスクに対し、目標値の計算結果は固定値となるため、制御回路３７での処理上は、あらかじめ上記目標値を計算しておき、値をＮＦマスクのテーブル３６に記録しておくこととする。

制御回路３７は、光増幅器モジュールのタイプ、モード、出力パワーレベルから、該当するＮＦマスクを選択し、ＮＦ値、及び制御目標値を取得する。
上記から、制御目標値Ｐｔｇｔ、及び光増幅器モジュールへの入力レベルＰｉｎが求まる。これより、ＰｉｎをＰｔｇｔへ調整する制御を行う。Ｐｉｎの目標値への制御は、大別して下記の２つのパターンに分かれる。

場合（１）（Ｐｉｎ＞Ｐｔｇｔ）：光可変カプラ３５によりＰｉｎをＰｔｇｔまで調整するように制御を行う。
場合（２）（Ｐｉｎ＜Ｐｔｇｔ）：ＰｉｎがＰｔｇｔより小さいため、目標値への制御はできない。この場合は、光可変カプラの損失が最小となるように制御する。

具体的な制御方法を、図３の制御フローに示す。以下、図３制御フローに従い、制御の流れを説明する。
始めに、ステップＳ１０において、可変カプラへの印加電圧に主信号ロスが最小となる値を設定する。次に、下記２つの並行処理を行う。
ａ．光増幅器モジュールのタイプ、モード、Ｐｏｕｔから、ＮＦマスクを選択し（ステップＳ１１）、それに対応したＯＳＮＲが最良となる制御目標値Ｐｔｇｔを求める（ステップＳ１２）。
ｂ．可変カプラからの分岐光ＯＵＴ２をモニタし（ステップＳ１３）、Ｐｉｎを計算する（ステップＳ１４）。

次に、Ｐｉｎ・Ｐｔｇｔの大小を比較する（ステップＳ１５）。Ｐｉｎ＜Ｐｔｇｔ（上記、場合（２））の場合、可変光カプラ３５への印加電圧は初期値（主信号ロス：最小）のままとし、Ｐｉｎのレベル調整は終了とする。Ｐｉｎ＞Ｐｔｇｔの場合（上記、場合（１））は、下記処理に進む。

次に、ＰｉｎとＰｔｇｔが一致しているか否かを確認する（ステップＳ１６）。ここで、Ｐｉｎ調整目標値からの許容誤差として、Ｐｅｒｒを定義する。これは、Ｐｔｇｔからの許容可能な制御上のずれを定義するものである。下記条件式が成り立つ場合、許容誤差範囲内としてＰｉｎのレベル調整は終了とする。
｜Ｐｉｎ−Ｐｔｇｔ｜≦Ｐｅｒｒ（４）
それ以外の場合は、Ｐｉｎ・Ｐｔｇｔの大小を比較する（ステップＳ１７）。

Ｐｉｎ＞Ｐｔｇｔとなる場合、可変光カプラ３５の主信号側透過損失Ｌ１がその最大値Ｌ１ｍａｘより小さいか否かを判断する（ステップＳ１８）。ステップＳ1８の判断がＮＯの場合には、ステップＳ１９において、Ｌ１がＬ１ｍａｘより大きいか否かを判断し、大きくない場合には、可変カプラの主信号側透過損失が最大となる場合は、それ以上のレベル補正は不可能であるため、処理を終了し、大きい場合には、ステップＳ２０において、Ｌ１＝Ｌ１ｍａｘとして、処理を終了する。

ステップＳ1８の判断がＹＥＳの場合には、印加電圧を上昇し、カプラの主信号（ＯＵＴ１）側のロスを増加させる（ステップＳ２１）。このとき、図５のように可変カプラにおける電圧−損失特性は電圧値により大きく異なるので、損失の変化が一定となるように、印加電圧の増加量は電圧値により可変させる。すなわち、印加電圧の変化量をΔＶとすると、ΔＶ＝ａ（Ｖ）×（Ｐｉｎ−Ｐｔｇｔ）とする。すなわち、印加電圧の値Ｖによって変化する電圧可変係数ａ（Ｖ）によって、損失の変化が一定になるような印加電圧値Ｖ’＝Ｖ＋ΔＶを得る。そして、ステップＳ２6に進む。

ステップＳ１７の判断がＮＯ、すなわち、Ｐｉｎ＜Ｐｔｇｔとなる場合は、ステップＳ２２において、Ｌ１がＬ１の最小値より大きいか否かを判断する。ステップＳ２２の判断がＮＯの場合には、ステップＳ２３において、Ｌ１がＬ１ｍｉｎより小さいか否かを判断し、小さくない場合には、可変カプラの主信号側透過損失が最小となる場合は、それ以下のレベル補正は不可能であるため、処理を終了し、小さい場合には、ステップＳ２４において、Ｌ１＝Ｌ１ｍｉｎとして処理を終了する。

ステップＳ２２の判断が、ＹＥＳの場合には、ステップＳ２５において、印加電圧を下降させ、カプラの主信号（ＯＵＴ１）側のロスを減少させる。すなわち、Ｐｉｎ＞Ｐｔｇｔの場合と同様、損失の変化が一定となるように、印加電圧の増加量は電圧値により可変させる。特に、ΔＶは、電圧可変係数ａ（Ｖ）を用いて、ΔＶ＝−ａ（Ｖ）×（Ｐｉｎ−Ｐｔｇｔ）とし、変更後の印加電圧Ｖ’をＶ’＝Ｖ＋ΔＶで求める。そして、ステップＳ２6に進む。

ステップＳ２6においては、可変光カプラ３５からの分岐光ＯＵＴ２をＰＤモニタ１５で測定し、ステップＳ２７において、可変光カプラ３５の分岐比特性（図４）を用いて、Ｐｉｎ（＝ＯＵＴ１）を計算する。この場合、ｄ（ｖ）を分岐比として、以下の式に基づいて計算する。

Ｐｉｎ＝ＰＤｉｎ＋ｄ（Ｖ）
ステップＳ２７の後は、ステップＳ１６に戻って、制御を繰り返す。
以上の処理により、Ｐｉｎのレベルは最適値に調整される。

図６に、光増幅器モジュールの入力制御時の光増幅器モジュール・ＰＤ入力レベル特性を示す。
図６のように、光増幅器モジュール１６への入力レベル（図２のＰｉｎ）は、可変光カプラ３５の分岐比を制御することで目標値に保たれる。このときの可変光カプラ損失特性を図７に示す。

図６においては、最初（１）の線に沿って変化していたＰｉｎは、（３）の部分に来て、一定値に設定され、この一定値とＰｉｎの最小値が一致したところで、（２）に移り、更に上昇していく。図７においては、ＯＵＴ１は、最小分岐損Ｌ１ｍｉｎであったが、ＩＮ１が０ｄＢｍ／ｃｈになったところで、直線的に最大分岐損になるまで制御される。ＩＮ１が最大分岐損に至った場合には、この値を保持する。一方のＯＵＴ２は、最大分岐損であったもんが、非線形に減少し、最小分岐損にいたる。

図８に、伝送システムにおける信号光、ＡＳＥ光の状態を示す。
上記にて述べた手法では、ＯＳＮＲが良いシステム（ＡＳＥ発生量が少ない）、または、多波長時には問題ない。しかし、ＯＳＮＲが少ないシステム、または、少数波長時には、ＡＳＥによる光レベル測定誤差の発生が問題となる。これは、Ｐｉｎの測定にＰＤモニタの測定値（＝信号光とＡＳＥ光の合計値）を使っているためで、少数波長時やＡＳＥ発生量が多い場合は、ＡＳＥ光による誤差が問題となる。具体的には、図２のＰＤモニタ１５により測定されるレベルは、主信号の他に光増幅器で発生するＡＳＥ光を含んでいる。これに対し、光増幅器ユニットが通常持っているＮＦマスクは、信号光のパワーに対して規定されている。このためＰＤ１５にて測定される値をそのまま制御に用いると、正確なＮＦ値が参照されないため、ＯＳＮＲが最適値となる光増幅器入力レベルから誤差が生じることとなる。

本発明の実施形態では、１つ以上の光増幅器ユニットを上流側に持つ、中継局及び受信局の光増幅器ユニットにおいて、１つ上流側の光増幅器モジュール出力端におけるＡＳＥパワーに関する情報を受け取り、これとＰＤ１５にて測定されたトータル入力パワーから、ＡＳＥによる誤差が補正された信号光パワーを算出する。

ＡＳＥ発生量の伝達には、監視制御用チャネルであるＯＳＣ（Optical Supervisory Channel）を使用する。図２のように、光カプラ１２にてＯＳＣ光を取り込み、ＡＳＥ発生量の情報を得る。更に、光増幅器モジュール内で発生するＡＳＥ量を計算し、ＯＳＣ光を通して１つの下流の光増幅器に伝達する。

一般に、ＡＳＥ発生量は、式（５）にて計算できる。
Ｐ_ASE＝１０ｌｏｇ（ＮＦｈν（Ｇ−１）Ｂ_ASE）（５）
ここで、Ｇは、信号光に対する増幅率、ＮＦは、光増幅器モジュールのノイズ指数、ｈ（Ｊｓ）は、プランク定数、ν（Ｈｚ）は、光周波数、Ｂ_ASE（Ｈｚ）は、ＡＳＥ光帯域幅である。

ここで、式（５）のＮＦはＰｉｎの関数である（以降、ＮＦ（Ｐｉｎ）と書く）。このＰｉｎには、図２のモニタＰＤ１５で測定される値からＡＳＥ光を除いた値を用いる必要がある。この計算を行うため、下記の手順に従い送信光増幅器から順に計算を行う。

図８において、ノード１の光増幅器ユニット入力では、光増幅器モジュールによるＡＳＥ光の発生は無い（図８の（１））。このためＡＳＥを考慮した補正は行わず、モニタＰＤ１５の値をＰｉｎとする。次に、ＮＦ（Ｐｉｎ）をＮＦマスクにより求め、式（５）によりＰ_ASE（１）を計算する。（以下、ノード番号１、２、３、・・・を用いて各ノードにおける変数をＰ_ASE（１）、Ｐ_ASE（２）、・・・のように書く）。次に、ノード２の中継光増幅器（１）の入力（図８の（２））を考えると、上流の光増幅器によるＡＳＥが含まれているため、ＯＳＣによって得たＰ_ASE（１）から、スパンロスによる劣化を考慮してノード２の光増幅器入力におけるＡＳＥ量を計算する。この場合、（式６）を用いる。

Ｐ_ASE（２）＝Ｐ_ASE（１）−ＳＬ（１）（６）
ここで、ＳＬ（ｄＢ）は、スパンロスである。
これにより、ノード２の中継光増幅器（１）のＡＳＥを除いた入力レベルＰｉｎ（２）は、Ｐｉｎ＿ｔｏｔａｌ（２）（図２のＰＤ１５での測定値）を用いて式（７）で計算できる。
Ｐｉｎ（２）＝Ｐｉｎ＿ｔｏｔａｌ（２）−Ｐ_ASE（２）（７）
式（７）で求めたＰｉｎ（２）によりＮＦ（Ｐｉｎ）を求め、式（５）によりＰ_ASE（２）を求める。この値を、ＯＳＣを使って１つ下流の光増幅器へ伝達する。

以降、中継光増幅器（２）、（３）、・・・でこれを繰り返すことで、各ノードにおいて、光増幅器入力のＰＤ（図２のＰＤ１５）で測定した光増幅器入力パワー：Ｐｉｎ＿ｔｏｔａｌ（ｎ）（ｎ：ノード番号）から、ＡＳＥ量を除いたＰｉｎ（ｎ）を求めることができる。これにより、ＯＳＮＲが最良となる光増幅器入力レベルの制御において、ＡＳＥ量を除いたＰｉｎ（ｎ）を用いることで、ＡＳＥによる測定誤差を補正し、ＯＳＮＲを最適化することが実現できる。

図９〜図１２は、本発明の実施形態に使用可能な可変光カプラの構成例を示した図である。
可変光カプラとして、マッハツェンダ干渉計構成で、電気光学効果を利用したカプラ（図９）を適用することを考える。電気光学効果とは、電圧を印加することにより屈折率が変化する効果で、これを用い、図９のように、光路の屈折率（光路長）を変化させる。これにより、干渉状態を変化させ、分岐比の可変を行うことができる。

電気光学効果の代わりに、熱光学効果を利用したマッハツェンダ干渉計構成の可変光カプラを用いても良い。図１０のように、温度の高低により屈折率を変化させることで、分岐比を変化させ、目標値へのレベル調整を行う。温度を変化させる方法としては、薄膜ヒータや、ペルチェ素子等を使う方法が考えられる。

また、２本の光ファイバのコアを近接させ、それぞれの光ファイバのモード結合を発生させることで、光パワーの分岐を行うカプラを用いることを考える。分岐比は、コア間が近接している距離（結合長）により変化させることができるが、図１１のように、電気光学効果を利用し、光路の屈折率を変化させ光路長を変えることで、光パワーの分岐比を調節する可変光カプラを使用する。

また、モード結合を利用した可変カプラにおいて、電気光学効果ではなく、熱光学効果を利用したものを用いてもよい。図１２のように、薄膜ヒータやペルチェ素子等で温度を変化させ、これにより光路の屈折率を変化させて分岐比を調節する可変光カプラを使用する。

以上のような可変光カプラのほかに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用したカプラを利用することが可能である。ＭＥＭＳとは。主に、半導体の製造技術を用いて１つの基板上に電子と機械機構を融合させた微小デバイスであり、これにより、極小の可動ミラー等を用いて電圧制御等により分岐比の可変が可能な光カプラを構成する。このようなＭＥＭＳを用いた可変光カプラでも本発明の実施形態に使用可能である。

以下に、具体的数値例を示す。
（１）本発明の実施形態における光レベルの遷移
条件：光増幅器モード：ＥＤＦＡ０１（表２参照）、Ｖｉｎｉ＝０．０８３Ｖ、Ｐｏｕｔ：＋３．０ｄＢｍ／ｃｈ、Ｐｅｒｒ：０．１ｄＢ、Ｌ１ｍａｘ：１２．１ｄＢ、Ｌ１ｍｉｎ：０．６ｄＢ、１波伝送
光増幅器タイプ：ＥＤＦＡ０１、Ｐｏｕｔ＝＋３．０ｄＢｍ／ｃｈより、表２から、Ｐｔｇｔ＝−２２．５ｄＢｍ／ｃｈ
図３の制御フローに従い、図１の構成の装置において処理を行った場合について、初期状態からレベル調整終了までの値の遷移を図１３の表３に示す。

また、上記実施形態では、可変光カプラの分岐比を自動で制御することを前提に説明したが、必ずしも自動でなくても良く、手動で分岐比を制御することも可能である。
図１４は、可変光カプラの分岐比を手動で可変し、ＯＳＮＲを最適に保つための光増幅器ユニットの構成を示す図である。同図において、図２と同じ構成要素には、同じ参照符号を付して、説明を省略する。

上記ＯＳＮＲ最適値への光レベルの調整は、光増幅器モジュール１６の出力に光カプラ４２を追加し、これにスペクトルアナライザ４０等を接続して、出力スペクトルを実測し、光Ｓ／Ｎが最適値となるように光増幅器モジュール入力の手動調整を行っても良い。手動調整の入力は、制御回路３７’に接続された端末４１から行う。

ここで、従来法（図１７）と本発明（図２）の構成を比較し、光部品損失の差異を説明する。本発明の実施形態では光レベル調整の手法として、可変光カプラを使用する。可変光カプラは、図２のように、従来法では分岐比固定の光カプラを用いていた、ＰＤモニタへの分岐箇所に配置する。

図１５は、本発明の実施形態と従来法の性能の比較を行った図である。
下記に、従来法と本発明の実施形態のＵＰｉｎ〜Ｐｉｎ間の損失をまとめた。従来法では、光カプラ２つと可変ＡＴＴ、本発明の実施形態では、光カプラを１つと可変カプラを1つ使っているが、これらのカプラについての分岐損、デッドロスの合計値はほぼ同じで、それぞれの損失値をβ、γ（０．６ｄＢ程度）とする。また、可変ＡＴＴの損失を、α（１．５ｄＢ〜２．５ｄＢ程度）とする。以上より、従来法・本発明の差分は、可変ＡＴＴの損失：αであり、この損失分だけノードＯＳＮＲに差が発生する。すなわち、図１５（ａ）に示されるように、従来法に比べ、本発明の実施形態の場合の方が、可変ＡＴＴの分だけ損失が小さくなっており、従って、ＮＦの上昇の仕方が小さくなっている。また、図１５（ｂ）に示すように、従来法に比べ、本発明の実施形態の方が、可変ＡＴＴの分だけ、ＯＳＮＲがよくなっている。

表４に、上記したことをまとめる。

本発明の実施形態では、従来法と本発明の実施形態の差分である可変ＡＴＴの損失αによって生じるＯＳＮＲの差分だけ、より長距離のシステムが設計可能となる。具体的には、可変ＡＴＴの損失分をスパンロスに置き換えて考えると、スパン数：１５の長距離伝送システムの場合、ロス係数：０．２［ｄＢ／ｋｍ］、デッドロス：２．０［ｄＢ］として、２．０÷０．２［ｄＢ／ｋｍ］×１５＝１５０［ｋｍ］の改善となる。また、特に、図１８の領域（Ａ）のように、ＯＳＮＲと損失が1対1で対応する場合には、可変ＡＴＴの損失分がそのままＯＳＮＲの改善となるため、スパン数が１０^(2/10)＝１．５８倍だけ増加する。スパン数：１５、スパン１００ｋｍの伝送システムの場合、１５００［ｋｍ］→２５２０［ｋｍ］への改善となる。

また、図１５の光増幅器ユニットのＮＦ／ＯＳＮＲ特性では、上述のように、光増幅器ユニットにて光増幅器モジュールの入力レベルが一定となるよう調整を行っている。このため、入力ダイナミックレンジが、モジュール特性（図１６）に比べ拡大している。また、図１５（ｂ）では、領域（Ｂ）において、図１６（ｂ）、図１８（ｂ）とは異なりＯＳＮＲ一定となっているが、これは、光増幅器ユニットにて、ＯＳＮＲが最大となる制御目標値にＰｉｎを調整しているためである。

（付記１）
光信号を増幅する光増幅手段と、
分岐比を可変でき、該光増幅手段への入力を分岐し、一方を該光増幅手段に入力し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐手段と、
該可変光分岐手段によって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅手段に入力される光強度を検出し、該光増幅手段への入力光レベルを該可変光分岐手段の分岐比を制御することで調整し、該光増幅手段の信号対雑音比を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光伝送装置。

（付記２）
前記光増幅手段への入力光の内の雑音成分を見積もり、該光増幅手段からの出力される光信号レベルが目標値となるように前記可変分岐手段の分岐比を制御することを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記３）
前記可変分岐手段は、電気光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記４）
前記可変分岐手段は、熱光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記５）
前記可変分岐手段は、ＭＥＭＳを利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記６）
前記可変分岐手段は、マッハツェンダ型の構成を採用したカプラであることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記７）
前記可変分岐手段は、伝送路のコアを近接させモード結合を発生させることで光パワーの分岐を行うカプラであることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記８）
前記制御手段の制御の内、前記可変分岐手段の分岐比の制御は、前記光増幅手段の出力光のスペクトルを実測した結果を使用することによって得られる信号対雑音比を改善するように、手動で行われることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記９）
光信号を増幅する光増幅ステップと、
分岐比を可変でき、該光増幅ステップでの増幅のための入力を分岐し、一方を該光増幅ステップの増幅に使用し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐ステップと、
該可変光分岐ステップによって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅ステップで増幅に用いられる光入力の強度を検出し、該光増幅ステップの増幅に使用する入力光レベルを該可変光分岐ステップにおける分岐比を制御することで調整し、該光増幅ステップにおける信号対雑音比を制御する制御ステップと、
を備えることを特徴とする光増幅制御方法。

本発明の実施形態が適用されるシステム構成図である。本発明の実施形態に従った光増幅器ユニットの構成図である。本発明の実施形態に従った制御フローを示す図である。光可変カプラにおける電圧−出力特性の例を示す図である。光可変カプラにおける電圧−損失特性及び分岐比特性の例を示す図である。光増幅器モジュールの入力制御時の光増幅器モジュール・ＰＤ入力レベル特性を示す図である。可変光カプラ損失特性を示す図である。伝送システムにおける信号光、ＡＳＥ光の状態を示す。本発明の実施形態に使用可能な可変光カプラの構成例を示した図（その１）である。本発明の実施形態に使用可能な可変光カプラの構成例を示した図（その２）である。本発明の実施形態に使用可能な可変光カプラの構成例を示した図（その３）である。本発明の実施形態に使用可能な可変光カプラの構成例を示した図（その４）である。図３の制御フローに従い、図１の構成の装置において処理を行った場合について、初期状態からレベル調整終了までの値の遷移を示す表の図である。可変光カプラの分岐比を手動で可変し、ＯＳＮＲを最適に保つための光増幅器ユニットの構成を示す図である。本発明の実施形態と従来法の性能の比較を行った図である。従来の技術を説明する図（その１）である。従来の技術を説明する図（その２）である。従来の技術を説明する図（その３）である。

符号の説明

１２、１７、１９光カプラ
１３光電気変換器
１５、１８ＰＤモニタ
１６光増幅器モジュール
２０電気光変換器
２７光増幅器ユニット
３５可変光カプラ
３６光増幅器ＮＦデータ（ＮＦマスク）
３７制御回路

Claims

光信号を増幅する光増幅手段と、
分岐比を可変でき、該光増幅手段への入力を分岐し、一方を該光増幅手段に入力し、他方を光強度の測定のために供給する可変光分岐手段と、
該可変光分岐手段によって分岐された該他方の光強度を検出し、該光増幅手段に入力される光強度を検出し、該光増幅手段への入力光レベルを該可変光分岐手段の分岐比を制御することで調整するとともに、該分岐比を制御することにより検出された該他方の光強度の分岐比特性に基づき該光増幅手段への入力光レベルを算出し、該光増幅手段の信号対雑音比を制御する制御手段と、
を備え、
前記光増幅手段への入力と出力の値に対応して、入力光レベルの目標値が登録されたテーブルを有し、光増幅手段への入力光レベルの値から目標値を取得し、目標値が入力光レベルより小さい場合には、可変光分岐手段の分岐比を制御することにより入力光レベルが目標値となるように制御し、目標値が入力光レベルより大きい場合には、可変光分岐手段の使用範囲における分岐比を初期値である主信号のロスが最小となる値に設定することを特徴とする光伝送装置。
前記可変光分岐手段は、電気光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
前記可変光分岐手段は、熱光学効果を利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
前記可変光分岐手段は、ＭＥＭＳを利用した、分岐比を可変できるカプラであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
該可変光分岐手段で分岐された該他方の光強度を検出することによって、前記光増幅手段への入力光レベルは、該検出された光強度に基づき分岐比特性テーブルを参照することによって得られることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。