JP4666364B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光を伝送する光伝送システムに用いられる光増幅器に関し、特に、広い入力ダイナミックレンジを有する光増幅器に関する。

異なる波長の信号光を多重化して通信を行うＷＤＭ光伝送システムに用いられる光増幅器（以下、ＷＤＭ光増幅器と呼ぶ）については、低雑音指数（Noise Figure：ＮＦ）、高出力および高信頼という理由から希土類ドープファイバ光増幅器が主に実用化されている。
ＷＤＭ光増幅器の１波長あたりの信号光入力レベルは、図１３のシステム構成例に示すように、入力側に備えられた伝送路の長さや単位長さあたりの損失の違い、或いは、伝送路上に配置された各種光部品の挿入損失の温度特性や経時劣化などが原因となって変動する。

したがって、ＷＤＭ光増幅器について、入力される信号光のレベルが変動しても所定の出力レベルと出力波長平坦性を保つことができるという機能は非常に重要であり、そのような機能を実現するための技術は、ＷＤＭ光伝送システムを構築する上で不可欠となっている。この信号光パワーの差は、ＷＤＭ光の伝送距離を制限する要因（例えば、ＷＤＭ光の非線形特性やＳ／Ｎ劣化など）となるからである。また、上記の機能が入力ダイナミックレンジのより広い単一のＷＤＭ光増幅器によって実現されるようにすることも重要である。そのようなＷＤＭ光増幅器が実現されれば、ＷＤＭ光伝送システムにおける光増幅器のメニュー（品種）のトータル数を削減することが可能になり、そしてこれは光増幅器のメニュー管理／運用の単純化や光増幅器の在庫数削減に繋がるので、ＷＤＭ光伝送システムを効率的に構築することができるようになる。

上記のようなＷＤＭ光増幅器に要求される特性を実現するための従来技術としては、例えば、２段構成の光増幅器の前段増幅部と後段増幅部の間に、増幅とは一見相反する、可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）を配置し、信号光入力レベルの変動に対しても信号光出力レベルを一定に保ちつつ、ＷＤＭ光に含まれる各波長の信号光間の出力レベル偏差を小さくする技術が知られており、ＷＤＭ光伝送システムにおける光増幅器の標準的な構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

また、前段増幅部および後段増幅部の間に、可変利得等化器（Variable Gain Equalizer：ＶＧＥＱ）を配置し、信号光入力レベルの変動により生じた出力波長特性の変化を、ＷＤＭ光の各波長に対して損失を付加することで補償する技術も報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
特許第３５５１４１８号明細書 Laurence Lolivier et al., "DGE-Based Variable Gain EDFA Improves Both Gain Flatness and Noise Figure for a 70°C Temperature Operating Range", OFC/NFOEC 2005 Conference, OThL4.

しかしながら、上記のような増幅部の段間に可変光減衰器を配置したＷＤＭ光増幅器（以下、段間ＶＯＡと略称する）と、増幅部の段間に可変利得等化器を配置したＷＤＭ光増幅器（以下、段間ＶＧＥＱと略称する）とを比較すると、制御方法、雑音指数（ＮＦ）およびデバイスコストに関してそれぞれ一長一短がある。
具体的に、制御方法に関して、段間ＶＯＡでは、入出力されるＷＤＭ光のトータルパワーをモニタして各増幅部における利得を一定に制御し、信号光入力レベルの変動分に応じて段間に備えた可変光減衰器の光減衰量を変化させることで、出力波長特性の平坦性を維持しつつ所定の信号光出力レベルを保つという制御方法が適用される。一方、段間ＶＧＥＱでは、出力波長特性が平坦になるように各波長の信号光に対する可変利得等化器の挿入損失を変化させるという制御方法が適用される。これらを比較すると、段間ＶＯＡの制御方法はＷＤＭ光をトータルパワーで入力と出力とでモニタし、少なくとも利得（出力−入力）を制御すればよいので比較的単純であるのに対して、段間ＶＧＥＱの制御方法は各波長の信号光に対応させて挿入損失を各波長帯域ごとに個別に制御する必要があるので複雑なものになってしまう。

また、ＮＦに関しては、例えば図１４に示すように、段間ＶＯＡでは、信号光入力レベルの増加に対して可変光減衰器の減衰量を増大させる制御が行われるため、信号光入力レベルが高い領域においてＮＦが急峻に劣化する。一方、段間ＶＧＥＱでは、信号光入力レベルの増加に対する可変利得等化器の挿入損失の変化は段間ＶＯＡの場合と比べると小さなものになるので、信号光入力レベルが高い領域でのＮＦの劣化は小さい。信号光入力レベルの１ｄＢの増加に対してＮＦの劣化が１ｄＢ未満となる範囲を考えた場合、図１３に実線で示したＮＦの曲線と破線で示したＮＦ劣化１ｄＢラインとが接する位置が信号光入力レベルの最大値となるので、段間ＶＧＥＱの方がより広い入力ダイナミックレンジを実現することができる。

なお、段間ＶＧＥＱでは可変利得等化器の挿入損失そのものの値が大きい（例えば８ｄＢなど）ため、信号光入力レベルが低い領域でＮＦは段間ＶＯＡの場合よりも劣化することになる。
さらに、デバイスコストに関しては、可変光減衰器は安価であるのに対して、可変利得等化器は高価（例えば、約３０倍）となる。

上記のような従来技術の特徴を考慮すると、段間ＶＯＡの長所である制御の容易性および低コストと、段間ＶＧＥＱの長所である実効的な入力ダイナミックレンジの広さとを同時に実現するような新たな技術が確立されることが望まれる。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光入力レベルの変動に対して簡易な制御により所定の信号光出力レベルおよび出力波長特性の平坦性を維持することができ、かつ、広い入力ダイナミックレンジを有する低コストのＷＤＭ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、入力ポートおよび出力ポートと、前記入力ポートに入力される波長多重光を増幅する第１光増幅手段と、前記第１光増幅手段で増幅された波長多重光を減衰する第１可変光減衰手段と、前記第１可変光減衰手段で減衰された波長多重光を増幅して前記出力ポートから出力する第２光増幅手段と、前記入力ポートに入力される波長多重光のパワーを検出する入力モニタ手段と、前記出力ポートから出力される波長多重光のパワーを検出する出力モニタ手段と、前記入力モニタ手段および前記出力モニタ手段の各検出結果に基づいて、前記第１および第２光増幅手段を利得一定制御するとともに、前記第１可変光減衰手段の減衰量を制御することにより、前記入力ポートに入力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが変化しても前記出力ポートから出力される１波長あたりの信号光レベルを一定に制御する制御手段と、を備える。また、この光増幅器は、前記第２光増幅手段および前記出力ポートの間に第２可変光減衰手段を備え、前記制御手段は、前記入力モニタ手段の検出結果を基に算出した１波長あたりの信号光入力レベルが、予め設定した第１基点レベルよりも低いとき、前記第１可変光減衰手段の減衰量を最小とし、かつ、前記第２可変光減衰手段の減衰量を前記信号光入力レベルに応じて制御し、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも高いとき、前記第１および第２可変光減衰手段の双方の減衰量を前記信号光入力レベルに応じて制御することを特徴とする。

上記のような光増幅器では、第１および第２光増幅手段の段間に第１可変光減衰手段を配置した従来の段間ＶＯＡに対応する構成に加えて、第２光増幅手段の後段に第２可変光減衰手段が設けられる。入力ポートに入力されるＷＤＭ光の１波長あたりの信号光入力レベルが予め設定した第１基点レベルよりも低いとき、入力ポートに入力されたＷＤＭ光は、利得一定制御された第１光増幅手段で増幅された後、減衰量が最小に設定された第１可変光減衰手段を通過し、利得一定制御された第２光増幅手段に送られて増幅され、さらに、信号光入力レベルに応じて減衰量の制御された第２可変光減衰手段で減衰されて、信号光出力レベルが一定に制御されたＷＤＭ光が出力ポートから出力される。一方、信号光入力レベルが第１基点レベルよりも高いときには、第１光増幅手段で増幅されたＷＤＭ光が、信号光入力レベルに応じて減衰量の制御された第１可変光減衰手段で減衰され、さらに、第２光増幅手段で増幅されたＷＤＭ光が、信号光入力レベルに応じて減衰量の制御された第２可変光減衰手段で減衰されるようになる。

上記のような本発明の光増幅器によれば、入力モニタ手段および前記出力モニタ手段で検出されるＷＤＭ光パワーに基づいて、第１および第２光増幅手段の利得一定制御と第１および第２可変光減衰手段の各減衰量の制御とが行われるため、簡易な制御方法によって所定の信号光出力レベルおよび出力波長特性の平坦性を維持することが可能になる。また、第２可変光減衰手段の適用により第１可変光減衰手段の所要減衰量を減らすことで、信号光入力レベルが高い領域でのＮＦの劣化が抑えられるため、実効的な入力ダイナミックレンジの拡大を図ることが可能である。さらに、第１および第２可変光減衰手段として安価な可変光減衰器を用いることができるので、低コストの光増幅器を提供することが可能である。このような本発明の光増幅器を用いてＷＤＭ光伝送システムを構築することにより、単一の光増幅器によって広い範囲の信号光入力レベルに対応することができるため、光増幅器のメニュー管理／運用の単純化や光増幅器の在庫数削減を図ることが可能になる。

以下、本発明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、本発明の第１実施形態によるＷＤＭ光増幅器の構成を示すブロック図である。
図１において、本ＷＤＭ光増幅器は、例えば、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴの間に直列に配置された、第１光増幅手段としての光増幅部（ＡＭＰ）１１および第２光増幅手段としての光増幅部１２と、該光増幅部１１，１２の段間に接続された第１可変光減衰手段としての可変光減衰器（ＶＯＡ）２１と、光増幅部１２の後段に接続された第２可変光減衰手段としての可変光減衰器２２と、入力ポートＩＮと光増幅部１１の間に接続された入力モニタ手段としての入力モニタ部３１と、可変光減衰器２２と出力ポートＯＵＴの間に接続された出力モニタ手段としての出力モニタ部３２と、光増幅部１１，１２および可変光減衰器２１，２２を制御する制御手段としての制御回路４１と、を備えて構成される。

各光増幅部１１，１２は、例えば、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１１Ａ，１２Ａに対して励起光源（ＬＤ）１１Ｂ，１２Ｂから出力される励起光を合波器１１Ｃ，１２Ｃを介して供給することによりＷＤＭ光を一括して増幅する一般的なエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）である。各光増幅部１１，１２は、制御回路４１からの信号に従って各励起光源１１Ｂ，１２Ｂが制御されることにより、信号光入力レベルが変動しても利得が一定となるように自動制御される。

なお、ここでは光増幅部１１，１２としてＥＤＦＡを用いる一例を示したが、本発明はこれに限らずＷＤＭ光を一括増幅可能な公知の光増幅器を適用することが可能である。
各可変光減衰器２１，２２は、外部から与えられる制御信号に従って減衰量を変化させることのできる周知の光デバイスである。ここでは、後述するように制御回路４１からの制御信号に従って各々の減衰量が制御される。

入力モニタ部３１は、例えば光分岐カプラ３１Ａおよび光検出器（ＰＤ）３１Ｂから構成される。光分岐カプラ３１Ａは、入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ光の一部を分岐して光検出器３１Ｂに送る。光検出器３１Ｂは、光分岐カプラ３１Ａからの分岐光を受光してパワーを検出し、その検出結果を示す信号を制御回路４１に出力する。
出力モニタ部３２は、例えば光分岐カプラ３２Ａおよび光検出器３２Ｂから構成される。光分岐カプラ３２Ａは、可変光減衰器２２から出力されるＷＤＭ光の一部を分岐して光検出器３２Ｂに送る。光検出器３２Ｂは、光分岐カプラ３２Ａからの分岐光を受光してパワーを検出し、その検出結果を示す信号を制御回路４１に出力する。

制御回路４１は、入力モニタ部３１および出力モニタ部３２からの各出力信号を基に本光増幅器の利得を算出し、該利得が信号光入力レベルの変動に関係なく一定となるように、各光増幅部１１，１２の励起光パワーを自動制御する（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）。また、制御回路４１は、入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ光の情報（信号波長数、ＡＳＥパワーなど）を図示しない監視制御信号などから入手し、この情報と入力モニタ部３１からの出力信号を基にＷＤＭ光の１波長あたりの信号光入力レベルＰｉｎ（ｄＢｍ／ｃｈ）を算出する。そして、信号光入力レベルＰｉｎに応じて可変光減衰器２１，２２の各減衰量を決定し、各可変光減衰器２１，２２を制御する信号を出力する。

ここで、制御回路４１による信号光入力レベルに応じた可変光減衰器２１，２２の制御について詳しく説明する。
最初に、本ＷＤＭ光増幅器に入力されるＷＤＭ光の１波長あたりの信号光入力レベルに関して、上述した信号光入力レベルの１ｄＢの増加に対してＮＦの劣化が１ｄＢ未満となる範囲に従って決まるとここで定義する実効的な入力ダイナミックレンジの下限レベルをＰｉｎ＿ｍｉｎ、上限レベルをＰｉｎ＿ｍａｘとする。また、信号光入力レベルに応じて各可変光減衰器２１，２２を段階的に制御する際の基点となるレベルをＰｉｎ＿Ａ（第１基点レベル）とする。この基点レベルＰｉｎ＿Ａは、下限レベルＰｉｎ＿ｍｉｎよりも高く、かつ、入力ダイナミックレンジの中間レベル、すなわち、Ｐｉｎ＿ｍｉｎ＋（Ｐｉｎ＿ｍａｘ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）／２よりも低いレベルに設定するのが好ましい。Ｐｉｎ＿Ａを過剰に高いレベルに設定すると、可変光減衰器２２の所要減衰量が増え、光増幅部１１の所要励起光の著しい増加、もしくは光増幅部１２への入力レベルの減少により、光ＳＮ比を劣化させるというリスクが生じるからである。以下、信号光入力レベルに応じた可変光減衰器２１，２２の制御シーケンスについて図２を参照しながら説明する
まず、制御回路４１において、入力モニタ部３１の検出結果と監視制御信号などから入手した情報（信号波長数およびＡＳＥパワー）とを基に信号光入力レベルＰｉｎの算出が行われる。この信号光入力レベルＰｉｎの算出は、具体的には、入力モニタ部３１によって得られる入力光のトータルパワーのモニタ値からＡＳＥパワーを減算し、それを信号波長数で除算することによって信号光入力レベルＰｉｎを求めることが可能である。信号光入力レベルＰｉｎが算出されると、続けて、（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）が求められる。

次に、基点レベルＰｉｎ＿Ａに対する信号光入力レベルＰｉｎの高低が判別される。信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも低い場合、すなわち（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ）＞０となるならば、段間の可変光減衰器２１の減衰量を増やす制御を行わずに（即ち、減衰量が基本的に最小（望ましくは零））、出力側の可変光減衰器２２の減衰量が、先に求めた（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）に制御される（図２の（ｉ）領域の太線参照）。これにより、下限レベルＰｉｎ＿ｍｉｎに対する信号光入力レベルＰｉｎの増加量に対応した信号光パワーが、出力側の可変光減衰器２２で減衰される。

一方、信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも高い場合、すなわち（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ）＜０となるならば、段間の可変光減衰器２１の減衰量が（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿Ａ）に制御され（図２の（ii）領域の細線参照）、出力側の可変光減衰器２２の減衰量が（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）に制御される（図２の（ii）領域の太線参照）。これにより、下限レベルＰｉｎ＿ｍｉｎに対する信号光入力レベルＰｉｎの増加量のうちの、基点レベルＰｉｎ＿Ａを超える分に対応した信号光パワーが段間の可変光減衰器２１で減衰され、下限レベルＰｉｎ＿ｍｉｎから基点レベルＰｉｎ＿Ａまでの分に対応した信号光パワーが出力側の可変光減衰器２２で減衰される。すなわち、信号光入力レベルＰｉｎの下限レベルＰｉｎ＿ｍｉｎからの増加量が、段間および出力側の可変光減衰器２１，２２の組み合わせによって減衰されることになる（図２の（ii）領域の破線参照）。

上記のような制御シーケンスに従って各可変光減衰器２１，２２における減衰量が信号入力レベルに応じて段階的に制御されることにより、本ＷＤＭ光増幅器を伝搬するＷＤＭ光は、例えば図３に示すようなレベルダイヤに従って各波長の信号光パワーが変化する。
図３において、信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも低い場合、入力ポートＩＮに与えられたＷＤＭ光は、利得一定制御された前段の光増幅部１１で増幅された後、段間の可変光減衰器２１を通過して、利得一定制御された後段の光増幅部１２に送られる。そして、後段の光増幅部１２で再び増幅された後、信号光入力レベルの下限レベルからの増加量（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）に対応するパワーが出力側の可変光減衰器２２で減衰されて、出力ポートＯＵＴから出力される。

これに対して、信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも高い場合には、前段の光増幅部１１で増幅されたＷＤＭ光について、信号光入力レベルの基点レベルからの増加量（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿Ａ）に対応する信号光パワーが段間の可変光減衰器２１で減衰され、そのＷＤＭ光が後段の光増幅部１２で再び増幅された後に、（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）に対応する信号光パワーが出力側の可変光減衰器２２で減衰されて、出力ポートＯＵＴから出力される。

上記のようなレベルダイヤに従ってＷＤＭ光の増幅を行うことにより、本ＷＤＭ光増幅器のＮＦに関しては、例えば図４に示すような特性が得られるようになる。図４より、本ＷＤＭ光増幅器によれば、信号光入力レベルが低い領域において、従来の段間ＶＯＡと同等のＮＦが実現され、信号光入力レベルが高い領域においては、従来の段間ＶＯＡのようにＮＦが急峻に劣化するようなことが回避されていることが分かる。これにより実効的な入力ダイナミックレンジの拡大を可能にしている。

以上のように第１実施形態のＷＤＭ光増幅器によれば、従来の段間ＶＯＡと基本的に同様なＷＤＭ光のトータルパワーに応じた簡易な制御方法によって、所定の信号光出力レベルおよび出力波長特性の平坦性を維持することができ、かつ、従来の段間ＶＯＡよりも広い入力ダイナミックレンジを実現することが可能である。また、安価なＶＯＡを用いているので、低コストのＷＤＭ光増幅器を提供することができる。このようなＷＤＭ光増幅器を用いてＷＤＭ光伝送システムを構築すれば、単一のＷＤＭ光増幅器によって広い範囲の信号光入力レベルに対応することができるため、光増幅器のメニュー管理／運用の単純化や光増幅器の在庫数削減を図ることが可能になる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態によるＷＤＭ光増幅器の構成を示すブロック図である。
図５において、本ＷＤＭ光増幅器は、前述した第１実施形態の構成について、ＷＤＭ光の波長分散補償を内部で行うようにしたものである。ここでは、出力側の可変光減衰器２２と出力モニタ部３２の間に、波長分散補償手段としての波長分散補償器（ＤＣＭ）５１と、該波長分散補償器５１から出力されるＷＤＭ光のトータルパワーをモニタするＤＣＭ出力モニタ部３３と、波長分散補償器５１の挿入損失を補償するための第３光増幅手段としての光増幅部１３と、が設けられている。なお、上記以外の他の部分の構成は、第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。

波長分散補償器５１は、本ＷＤＭ光増幅器に入力されるＷＤＭ光に累積した波長分散を補償することが可能な公知の波長分散補償デバイスである。この波長分散補償器５１で生じる損失は、波長分散の補償量に応じて変化し、該波長分散の補償量は一般的に、例えば入力ポートＩＮに接続される伝送路が長くなるほど増加する。このような波長分散補償器５１の損失のバラツキが、本ＷＤＭ光増幅器では後述するように出力側の可変光減衰器２２の減衰量を制御することによって補償されるようにしている。

ＤＣＭ出力モニタ部３３は、光分岐カプラ３３Ａおよび光検出器３３Ｂから構成される。光分岐カプラ３３Ａは、波長分散補償器５１から出力されるＷＤＭ光の一部を分岐して光検出器３３Ｂに送る。光検出器３３Ｂは、光分岐カプラ３３Ａからの分岐光を受光してパワーを検出し、その検出結果を示す信号を制御回路４１に出力する。
光増幅部１３は、波長分散補償器５１から光分岐カプラ３３Ａを介して入力されるＷＤＭ光を所定のレベルまで増幅して出力ポートＯＵＴに出力する。この光増幅部１３は、波長分散補償器５１で生じる上記のバラツキ分を除いた損失を補償するものであり、他の光増幅部１１，１２と同様に制御回路４１によって利得一定制御されているものとする。

上記のような構成のＷＤＭ光増幅器では、前述した第１実施形態の場合における各可変光減衰器２１，２２の制御シーケンスについて、出力側の可変光減衰器２２の減衰量が、信号光入力レベルの下限レベルからの増加量だけでなく、波長分散補償器５１の損失のバラツキも考慮して設定される。具体的には、制御回路４１において、ＤＣＭ出力モニタ部３３の検出結果とＷＤＭ光の信号波長数およびＡＳＥパワーに関する情報とに基づいて、波長分散補償器５１から実際に出力されている１波長あたりの信号光レベルＰｏｕｔ＿ＤＣＭが求められ、予め設定した目標レベルＰｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔとの差分（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）が算出される。そして、この差分（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）が、前述した第１実施形態の場合の制御シーケンスにおける出力側の可変光減衰器２２の減衰量に加えられる。すなわち、出力側の可変光減衰器２２の減衰量は、信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも低い場合には、｛（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に設定され、基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも高い場合には、｛（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に設定される。

上記のようにして出力側の可変光減衰器２２の減衰量が設定されたＷＤＭ光増幅器を伝搬するＷＤＭ光は、例えば図６に示すようなレベルダイヤに従って各波長の信号光パワーが変化する。
図６において、信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも低い場合、入力ポートＩＮに与えられたＷＤＭ光は、第１実施形態の場合と同様にして前段の光増幅部１１で増幅された後、段間の可変光減衰器２１を通過し、後段の光増幅部１２に送られて再度増幅される。そして、後段の光増幅部１２から出力されるＷＤＭ光は、｛（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に対応するパワーが出力側の可変光減衰器２２で減衰された後に、波長分散補償器５１に与えられてＷＤＭ光の波長分散補償が行われる。これにより波長分散補償器５１から出力される各波長の信号光レベルは、波長分散補償器５１における損失のバラツキに関係なく一定となり、光増幅部１３に送られて所要のレベルまで増幅された後に、出力ポートＯＵＴから出力される。

一方、信号光入力レベルＰｉｎが基点レベルＰｉｎ＿Ａよりも高い場合には、前段の光増幅部１１で増幅されたＷＤＭ光について、信号光入力レベルの基点レベルからの増加量（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿Ａ）に対応するパワーが段間の可変光減衰器２１で減衰され、そのＷＤＭ光が後段の光増幅部１２で再度増幅された後に、｛（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に対応するパワーが出力側の可変光減衰器２２で減衰される。これにより、上記の場合と同様に波長分散補償器５１から出力される各波長の信号光レベルは一定となり、光増幅部１３で所要のレベルまで増幅されたＷＤＭ光が出力ポートＯＵＴから出力される。

このように第２実施形態のＷＤＭ光増幅器によれば、前述した第１実施形態の場合の効果に加えて、広い入力ダイナミックレンジに対応したＷＤＭ光の波長分散補償が可能になる。
なお、上記の第２実施形態では、波長分散補償器５１の損失のバラツキが出力側の可変光減衰器２２で補償される構成例を示したが、例えば図７に示すように、ＤＣＭ出力モニタ部３３と光増幅部１３−２の間に可変光減衰器２３を別途設け、ＤＣＭ出力モニタ部３３の検出結果を基に可変光減衰器２３の減衰量を制御して、波長分散補償器５１の損失のバラツキ補償の一部、もしくは全てを可変光減衰器２３で行うようにしてもよい。波長分散補償器５１の損失バラツキ補償を可変光減衰器２３で全て行う場合の、レベルダイヤを図８に示す。可変光減衰器２２の減衰量は、第１実施形態の場合と同様して設定され、可変光減衰器２３の減衰量は、波長分散補償器５１の損失のバラツキ分を増加させるように制御されることになる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態によるＷＤＭ光増幅器の構成を示すブロック図である。
図９において、本ＷＤＭ光増幅器は、例えば前述した第２実施形態の構成について、入力モニタ部３１と前段の光増幅部１１の間に第３可変光減衰手段としての可変光減衰器２０を設け、該可変光減衰器２０の減衰量を信号光入力レベルに応じて制御することによって、実効的な入力ダイナミックレンジの一層の拡大を図るようにしたものである。なお、可変光減衰器２０以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。

上記のような構成のＷＤＭ光増幅器では、信号光入力レベルが第２実施形態における実効的な入力ダイナミックレンジ内にある場合には、可変光減衰器２０の減衰量が最小（望ましくは零）に設定され、信号光入力レベルに応じた可変光減衰器２１，２２の制御が第２実施形態の場合と同様にして行われる。そして、信号光入力レベルが上記入力ダイナミックレンジの上限レベルを超えるようになると、可変光減衰器２０の減衰量が増加され、前段の光増幅部１１に入力される信号光レベルを一定にする制御が行われる。

具体的に、第２実施形態における実効的な入力ダイナミックレンジの上限レベルをＰｉｎ＿ｅｆｆ（第２基点レベル）とすると、その基点レベルＰｉｎ＿ｅｆｆに対する信号光入力レベルＰｉｎの増加量（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｅｆｆ）が算出され、可変光減衰器２０の減衰量が（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｅｆｆ）に制御される。これにより、入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ光の信号光入力レベルが基点レベルＰｉｎ＿ｅｆｆを超えても、例えば図１０に示すように、前段の光増幅部１１以降の信号光のレベルダイヤは第２実施形態の場合のレベルダイヤ（図６）と同一なる。

したがって、信号光入力レベルＰｉｎに応じた可変光減衰器２０，２１，２２の制御シーケンスは、図１１に示すように、Ｐｉｎ＿ｍｉｎ＜Ｐｉｎ＜Ｐｉｎ＿Ａの場合（図１１の（ｉ）領域）、可変光減衰器２０，２１の減衰量は増加せず（即ち、基本的に最小）、可変光減衰器２２の減衰量が｛（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に設定される。また、Ｐｉｎ＿Ａ＜Ｐｉｎ＜Ｐｉｎ＿ｅｆｆの場合（図１１の（ii）領域）には、可変光減衰器２０の減衰量は増加せず（即ち、基本的に最小）、可変光減衰器２１の減衰量が（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿Ａ）、可変光減衰器２２の減衰量が｛（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に設定される。さらに、Ｐｉｎ＞Ｐｉｎ＿ｅｆｆの場合（図１１の（iii）領域）には、可変光減衰器２０の減衰量が（Ｐｉｎ−Ｐｉｎ＿ｅｆｆ）、可変光減衰器２１の減衰量が（Ｐｉｎ＿ｅｆｆ−Ｐｉｎ＿Ａ）、可変光減衰器２２の減衰量が｛（Ｐｉｎ＿Ａ−Ｐｉｎ＿ｍｉｎ）＋（Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ−Ｐｏｕｔ＿ＤＣＭ＿ｔ）｝に設定される。

上記のように信号光入力レベルＰｉｎに応じて可変光減衰器２０，２１，２２の各減衰量を制御しながらＷＤＭ光の増幅を行うことにより、本ＷＤＭ光増幅器のＮＦに関しては、例えば図１２に示すような特性が得られるようになる。図１２より、信号光入力レベルが低い領域では、前段の光増幅部１１の前に可変光減衰器２０を配置したことで従来の段間ＶＯＡと比べてＮＦが若干劣化するものの、信号光入力レベルが高い領域においては、従来の段間ＶＯＡのようにＮＦが急峻に劣化するようなことが回避されており、さらに、信号光入力レベルがＰｉｎ＿ｅｆｆを超える領域においても、可変光減衰器２０によって前段の光増幅部１１への信号光の入力レベルが一定とされるため、信号光入力レベルが増加してもＮＦが一定の値になることが分かる。

このように第３実施形態のＷＤＭ光増幅器によれば、第２実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、第２実施形態の構成ではＰｉｎ＿ｅｆｆが上限レベルとなっていた実効的な入力ダイナミックレンジをさらに拡大することが可能になる。
なお、上述した第１〜第３実施形態では、入力モニタ部３１について、ＷＤＭ光の一部を光分岐カプラ３１Ａで分岐して、そのトータルパワーを１つの光検出器３１Ｂでモニタする構成例を示したが、実効的な入力ダイナミックレンジの拡大に伴ってＷＤＭ光の入力レベルを１つの光検出器３１Ｂでモニタすることが困難になる場合も想定される。このような場合には、例えば、光分岐カプラ３１Ａで分岐された光をさらに別の光分岐カプラで分岐して複数の光検出器で基本的に異なる入力レベル範囲を受光するようにし、ＷＤＭ光の入力レベルに応じて各光検出器の出力を切り替えて使用することで、広い入力ダイナミックレンジに対応した入力モニタを実現することが可能である。

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１） 入力ポートおよび出力ポートと、
前記入力ポートに入力される波長多重光を増幅する第１光増幅手段と、
前記第１光増幅手段で増幅された波長多重光を減衰する第１可変光減衰手段と、
前記第１可変光減衰手段で減衰された波長多重光を増幅して前記出力ポートから出力する第２光増幅手段と、
前記入力ポートに入力される波長多重光のパワーを検出する入力モニタ手段と、
前記出力ポートから出力される波長多重光のパワーを検出する出力モニタ手段と、
前記入力モニタ手段および前記出力モニタ手段の各検出結果に基づいて、前記第１および第２光増幅手段を利得一定制御するとともに、前記第１可変光減衰手段の減衰量を制御することにより、前記入力ポートに入力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが変化しても前記出力ポートから出力される１波長あたりの信号光レベルを一定に制御する制御手段と、を備えた光増幅器において、
前記第２光増幅手段および前記出力ポートの間に第２可変光減衰手段を備え、
前記制御手段は、前記入力モニタ手段の検出結果を基に算出した１波長あたりの信号光入力レベルが、予め設定した第１基点レベルよりも低いとき、前記第１可変光減衰手段の減衰量を最小とし、かつ、前記第２可変光減衰手段の減衰量を前記信号光入力レベルに応じて制御し、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも高いとき、前記第１および第２可変光減衰手段の双方の減衰量を前記信号光入力レベルに応じて制御することを特徴とする光増幅器。

（付記２） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記第１基点レベルは、実効的な入力ダイナミックレンジの下限レベルよりも高く、かつ、前記入力ダイナミックレンジの中間レベルよりも低い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、
前記制御手段は、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも低いとき、前記第２可変光減衰手段の減衰量を、前記入力ダイナミックレンジの下限レベルに対する前記信号光入力レベルの増加量に対応した値に設定し、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも高いとき、前記第１可変光減衰手段の減衰量を、前記第１基点レベルに対する前記信号光入力レベルの増加量に対応した値に設定し、かつ、前記第２可変光減衰手段の減衰量を、前記入力ダイナミックレンジの下限レベルと前記第１基点レベルの差に対応した値に設定することを特徴とする光増幅器。

（付記４） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記第２可変光減衰手段および前記出力ポートの間に波長分散補償手段を備え、
前記制御手段は、前記波長分散補償手段から出力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが予め設定した目標レベルとなるように、前記第２可変光減衰手段の減衰量を制御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、
前記波長分散補償手段から出力される波長多重光を増幅して前記出力ポートから出力する第３光増幅手段を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記６） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記第２可変光減衰手段および前記出力ポートの間に設けた波長分散補償手段と、
前記波長分散補償手段から出力される波長多重光を減衰する波長分散補償用の可変光減衰手段と、を備え、
前記制御手段は、前記波長分散補償手段に入力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが一定となるように前記第１および第２可変光減衰手段の各減衰量を制御するとともに、前記波長分散補償用の可変光減衰手段から出力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが一定となるように前記波長分散補償用の可変光減衰手段の減衰量を制御することを特徴とする光増幅器。

（付記７） 付記６に記載の光増幅器であって、
前記波長分散補償用の可変光減衰手段で減衰された波長多重光を増幅して前記出力ポートから出力する第３光増幅手段を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記８） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記入力ポートおよび前記第１光増幅手段の間に第３可変光減衰手段を設け、
前記制御手段は、前記入力モニタ手段の検出結果を基に算出した１波長あたりの信号光入力レベルが、予め設定した第２基点レベルよりも低いとき、前記第３可変光減衰手段の減衰量を最小とし、前記信号光入力レベルが前記第２基点レベルよりも高いとき、前記第３可変光減衰手段の減衰量を、前記第２基点レベルに対する前記信号光入力レベルの増加量に対応した値に設定することを特徴とする光増幅器。

（付記９） 付記８に記載の光増幅器であって、
前記第２基点レベルは、前記第３可変光減衰手段を設けていないときの実効的な入力ダイナミックレンジの上限レベルに対応させて設定したことを特徴とする光増幅器。

本発明の第１実施形態によるＷＤＭ光増幅器の構成を示すブロック図である。 上記第１実施形態における各可変光減衰器の制御シーケンスを説明するための図である。 上記第１実施形態における信号光のレベルダイヤを示す図である。 上記第１実施形態における信号光入力レベルに対するＮＦの変化を示す図である。 本発明の第２実施形態によるＷＤＭ光増幅器の構成を示すブロック図である。 上記第２実施形態における信号光のレベルダイヤを示す図である。 上記第２実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。 図７の構成例における信号光のレベルダイヤを示す図である。 本発明の第３実施形態によるＷＤＭ光増幅器の構成を示すブロック図である。 上記第３実施形態における信号光のレベルダイヤを示す図である。 上記第３実施形態における各可変光減衰器の制御シーケンスを説明するための図である。 上記第３実施形態における信号光入力レベルに対するＮＦの変化を示す図である。 一般的なＷＤＭ光伝送システムの構成例を示す図である。 従来のＷＤＭ光増幅器における信号光入力レベルに対するＮＦの変化を示す図である。

符号の説明

１１，１２，１３…光増幅部
１１Ａ，１２Ａ…エルビウムドープファイバ
１１Ｂ，１２Ｂ…励起光源
１１Ｃ，１２Ｃ…合波器
２０，２１，２２，２３…可変光減衰器
３１…入力モニタ部
３２…出力モニタ部
３３…ＤＣＭ出力モニタ部
３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ…光分岐カプラ
３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ…光検出器
４１…制御回路
５１…波長分散補償器
ＩＮ…入力ポート
ＯＵＴ…出力ポート
Ｐｉｎ…信号光入力レベル
Ｐｉｎ＿ｍｉｎ…下限レベル
Ｐｉｎ＿Ａ，Ｐｉｎ＿ｅｆｆ…基点レベル

Claims (5)

1. 入力ポートおよび出力ポートと、
   前記入力ポートに入力される波長多重光を増幅する第１光増幅手段と、
   前記第１光増幅手段で増幅された波長多重光を減衰する第１可変光減衰手段と、
   前記第１可変光減衰手段で減衰された波長多重光を増幅して前記出力ポートから出力する第２光増幅手段と、
   前記入力ポートに入力される波長多重光のパワーを検出する入力モニタ手段と、
   前記出力ポートから出力される波長多重光のパワーを検出する出力モニタ手段と、
   前記入力モニタ手段および前記出力モニタ手段の各検出結果に基づいて、前記第１および第２光増幅手段を利得一定制御するとともに、前記第１可変光減衰手段の減衰量を制御することにより、前記入力ポートに入力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが変化しても前記出力ポートから出力される１波長あたりの信号光レベルを一定に制御する制御手段と、を備えた光増幅器において、
   前記第２光増幅手段および前記出力ポートの間に第２可変光減衰手段を備え、
   前記制御手段は、前記入力モニタ手段の検出結果を基に算出した１波長あたりの信号光入力レベルが、予め設定した第１基点レベルよりも低いとき、前記第１可変光減衰手段の減衰量を最小とし、かつ、前記第２可変光減衰手段の減衰量を前記信号光入力レベルに応じて制御し、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも高いとき、前記第１および第２可変光減衰手段の双方の減衰量を前記信号光入力レベルに応じて制御することを特徴とする光増幅器。
2. 請求項１に記載の光増幅器であって、
   前記第１基点レベルは、実効的な入力ダイナミックレンジの下限レベルよりも高く、かつ、前記入力ダイナミックレンジの中間レベルよりも低いことを特徴とする光増幅器。
3. 請求項２に記載の光増幅器であって、
   前記制御手段は、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも低いとき、前記第２可変光減衰手段の減衰量を、前記入力ダイナミックレンジの下限レベルに対する前記信号光入力レベルの増加量に対応した値に設定し、前記信号光入力レベルが前記第１基点レベルよりも高いとき、前記第１可変光減衰手段の減衰量を、前記第１基点レベルに対する前記信号光入力レベルの増加量に対応した値に設定し、かつ、前記第２可変光減衰手段の減衰量を、前記入力ダイナミックレンジの下限レベルと前記第１基点レベルの差に対応した値に設定することを特徴とする光増幅器。
4. 請求項１に記載の光増幅器であって、
   前記第２可変光減衰手段および前記出力ポートの間に波長分散補償手段を備え、
   前記制御手段は、前記波長分散補償手段から出力される波長多重光の１波長あたりの信号光レベルが予め設定した目標レベルとなるように、前記第２可変光減衰手段の減衰量を制御することを特徴とする光増幅器。
5. 請求項１に記載の光増幅器であって、
   前記入力ポートおよび前記第１光増幅手段の間に第３可変光減衰手段を設け、
   前記制御手段は、前記入力モニタ手段の検出結果を基に算出した１波長あたりの信号光入力レベルが、予め設定した第２基点レベルよりも低いとき、前記第３可変光減衰手段の減衰量を最小とし、前記信号光入力レベルが前記第２基点レベルよりも高いとき、前記第３可変光減衰手段の減衰量を、前記第２基点レベルに対する前記信号光入力レベルの増加量に対応した値に設定することを特徴とする光増幅器。

Images