JP4717602B2 - 光増幅器 - Google Patents
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Description
例えば、DCF210の入出力間の光レベルのロス量が、波形Bに示すように波形Aより減少したとする(波形Bの傾きが波形Aの傾きより小さくなったとする)。つまり、端子211に入力される信号光のレベルが大きくなったとする。LD213のパワー上限により、EDF214のゲインは小さくなっても、ゲイン和一定の制御により、EDF218のゲインは大きくなればよい。そして、出力端子219での信号光は目標レベル(一定の光レベル)とならなければならないので、DCF210のロス減少分だけVOA215のロス量は大きくなるため、EDF218への入力パワーの低下量次第では雑音指数が悪化し、LD217のパワーも大きなものが必要となってしまう。そこで、VOAとDCFをシリーズに接続する構成をとる場合が多くなってきた。
例えば、図15のDCF253の前段にPD251を設けると、その分、分岐比損が加わり、SN劣化が生じる。
図1は、光増幅器の概要を示した図である。図に示すように光増幅器は、前段光増幅部1、後段光増幅部2、減衰量検出手段3、減衰量制御手段4、接続検出手段5、可変光減衰器6、および端子8a,8bに接続された、例えば、DCFである外部減衰媒体7を有している。
後段光増幅部2は、信号光を増幅するEDF2bと、入力段に設けられ、EDF2bのゲインを監視するための後段光検出手段2aとを有している。
接続検出手段5は、可変光減衰器6の減衰量が最小値になったときの信号光の減衰量に基づいて、外部減衰媒体7の外れおよび接続を検出する。
図2は、第1の実施の形態に係る光増幅器のブロック図である。図に示すように光増幅器は、前段光増幅部10、後段光増幅部20、端子31,33に接続されたDCF32、AGC(Automatic Gain Controller)41,43、段間ロス制御部42、EDFゲイン制御部44、およびAMPゲイン制御部45を有している。前段光増幅部10は、入力端子11、カプラ12,14,17、PD13,18、LD15、EDF16、VOA19を有している。後段光増幅部20は、カプラ21,23,26、PD22,27、LD24、EDF25、および出力端子28を有している。
ΔL1=(PD18−PD13)+(PD27−PD22)−EDFfg…(2)
式(2)のPD18−PD13は、PD18,13の電気信号に基づいて算出されるEDF16のゲインを示す。PD27−PD22は、PD22,27の電気信号に基づいて算出されるEDF25のゲインを示す。ただし、AGC43によるEDF25のゲインは固定であるため、PD27−PD22は、一定となる。
ΔG1=(PD27−PD13)−目標AMPゲイン…(4)
式(4)のPD27−PD13は、EDF16の前段とEDF25の後段との間のゲインを示す。目標AMPゲインは、出力端子28の光レベルが一定の目標レベルとなるために、信号光が得るべきゲインを示している。ΔG1は、出力端子28の光レベルが目標レベルとなるために信号光が得るべき目標ゲインと実際のゲインとの差を示している。そして、式(3)に示すように、目標値G1から式(4)の誤差を減算し、新たな目標値G1を得る。
すると、AMPゲイン制御部45は、出力端子28の信号光の光レベルが目標レベルとなるように制御するため、DCF32のロス量分、AGC41の目標値G1を増加させる。
図4は、信号光が増加した場合の光増幅器の動作を説明する図である。図の(A)には、図2に示した光増幅器が示してある。ただし、EDFゲイン制御部44およびAMPゲイン制御部45が省略してある。
目標値G1を減少させると、EDF16のゲインが減少し、EDF16,25のゲイン一定の制約が満たされなくなる。そこで、段間ロス制御部42は、EDF16のゲインを増加できるように、波形Cに示すようVOA19のロス量を増加させる。つまり、EDF16のゲインを増加させるため、その分をVOA19のロス量を増加させることで吸収するようにする。
図5は、段間外れを検出する光増幅器の動作を説明する図である。図の(A)には、図2に示した光増幅器が示してある。ただし、EDFゲイン制御部44およびAMPゲイン制御部45が省略してある。
Lthは、段間外れを検出する閾値を示す。Ldmは、段間(端子31,33間)で許容される最大ロス値、すなわち、外部減衰媒体であるDCFで見込まれる最大のロス値を示す。Lvdlは、VOA19を開放したとき、すなわち、VOA19の減衰量を最低に制御したときのロス値を示す。Lmは、段間外れの検出余裕値(マージン)を示す。なお、段間ロス制御部42は、VOA19に制御信号を出力しているので、VOA19が開放したことを認識できる。例えば、VOA19を制御する電圧が、VOA19を開放する電圧になると、VOA19を開放したと認識できる。また、VOA19の開放時のロス量は、設計時などにおいて予め知ることができ、記憶装置に記憶しておく。Ldm,Lmの値も予め仕様で決めておき、記憶装置に記憶しておく。
AMPゲインは、現在のAMPゲインであり、EDF16の前段とEDF25の後段との間におけるゲインである。最大AMPゲインは、光増幅器の最大利得で、VOA19が最も開くとき、すなわち、LvdlとなるときのAMPの利得である。
ここで、段間復帰とは、前段光増幅部と、後段光増幅部との段間に接続されていた外部減衰媒体が段間外れの状態から復帰した(接続された)ことを示す。
PDsは、PD18で検出されるべき光レベルを示す。Psafeは、VOA19から出力すべき安全光レベルを示す。Lvdlは、VOA19の開放時のロス量を示す。つまり、段間ロス制御部42は、段間外れを検出すると、式(7)を満たす光レベルがPD18から検出されるよう、AGC41を制御する。なお、Psafeの値は予め記憶装置に記憶しておく。
図6において、段間ロス制御部42は、段間外れを検出し、波形Aに示すようにDCF32の前段が安全光レベルとなるようにAGC41を制御しているとする。ここで、段間外れから復帰(DCF32を端子31,33に接続)すると、DCF32間のロス量が低減する。段間ロス制御部42は、PD18とPD22によってVOA19とDCF32のロス量を監視し、このロス量が復帰閾値内になると、段間外れから復帰したと認識する。復帰閾値は、次の式(8)で示される。
Lretは、段間復帰を検出する復帰閾値を示す。Ldmは、端子31,33間に接続される段間ロスに許容される最大ロス値を示す。Lvdlは、VOA19が開放したときのロス値を示す。Lmは、段間復帰の検出余裕値を示す。これらの値は、予め記憶装置に記憶しておく。
図7は、VOAの温度変化を示した図である。図の横軸は、VOAのロス量を制御する制御信号、縦軸はVOAの透過損失である。図に示すように、温度変化により透過損失の特性は例え同じ制御信号値であっても変動する。
さらに、VOA19を開放させた状態の段間ロスに基づいて段間復帰を判断するので目標値に到達できない状態で光増幅器が固まってしまうことを防止できる。即ち、VOA19を開放させないでDCF32のロスだけをモニタして段間復帰を判断するとモニタの誤差から実際にVOAが開放し切っても目標に到達できない場合がある。これに対し、図2の光増幅器では、実際にVOA19の開放状態でのPD18,22によるDCFのロス値に基づいて段間復帰を検出するため予め限界値が分かった上での開放のため目標値に到達できないで固まってしまうことを防止できる。
LD63は、AGC91の制御に応じたポンプ光を出力する。LD63から出力されるポンプ光は、カプラ62により合波されてEDF64に出力される。これにより、信号光は、ポンプ光のパワーに応じたゲインが得られるようになっている。
ΔL1=(PD58−PD53)+(PD66−PD61)−EDFfg…(10)
式(10)のPD58−PD53は、PD58,53の電気信号に基づいて算出されるEDF56のゲインを示す。PD66−PD61は、PD66,61の電気信号に基づいて算出されるEDF64のゲインを示す。EDFfgは、一定にすべきEDF56,64のゲイン和を示し、予め記憶装置に記憶されている。つまり、ΔL1は、一定にすべきEDF56,64のゲインと実際のゲインとの誤差を示している。そして、式(9)に示すように、目標値L1から式(2)の誤差を減算し、新たな目標値L1を得る。
Ldmは、段間(端子81,83間)で許容される最大ロス値を示す。Lvdlは、VOA67が開放したときのロス値を示す。段間で許容される最大ロス値と、VOA67の開放したときのロス値とを加算した値を目標値L2にすることで、DCF82のロス変動を、VOA67で十分に吸収することができる。
ΔG1=(PD77−PD53)−目標AMPゲイン…(13)
式(12)のPD77−PD53は、EDF56の前段とEDF75の後段との間のゲインを示す。目標AMPゲインは、出力端子78の光レベルが目標レベルとなるために、信号光が得るべきゲインを示している。ΔG1は、出力端子78の光レベルが目標レベルとなるために信号光が得るべき目標ゲインと実際のゲインとの差を示している。そして、式(13)に示すように、目標値G1から式(13)の誤差を減算し、新たな目標値G1を得る。
図9は、光増幅器の動作を説明する図である。図の(A)には、図8に示した光増幅器が示してある。ただし、AGC91,93、段間ロス制御部92、EDFゲイン制御部94、ロス一定制御部95、およびAMPゲイン制御部96が省略してある。
次に、段間外れを検出する動作について説明する。段間外れが発生すると、DCF82のロス量が増加する。これに伴い、ロス一定制御部95のロス量一定の制御が働くため、VOC67のロス量は減少し、最終的には、開放状態となる。段間ロス制御部92は、開放したVOA67とDCF82のロス量が閾値を超えると、段間ロスが発生したと認識する。段間ロスの閾値は、次の式(14)で示される。
Lthは、段間外れを検出する閾値を示す。Ldmは、端子81,83間で許容される最大のロス値を示す。Lvdlは、VOA67が開放したときのロス値を示す。Lmは、段間外れの検出余裕値を示す。
VOA吸収分は、VOA67のアンプゲインの吸収したロス量を示す。この場合、式(14)の閾値は、次の式(16)で示される。
VOA吸収分の決め方としては、例えば、PD53,66間のゲインの下限値Gmを予め記憶装置に記憶しておき、PD53,66間のゲインの目標値G1が下限値Gmを下回ると、VOA吸収分=Gm−G1として、ゲインをVOA67で吸収する。そして、AGC91に出力する目標値G1をG1=Gmとして出力する。これにより、ゲインの目標値が下限値を下回っても、その分VOA67にロス量が分散され、VOA59のNFの悪化を防止できる。
PDsは、PD66で検出されるべき光レベルを示す。Psafeは、VOA67から出力すべき安全光レベルを示す。Lvdlは、VOA67の開放時のロス量を示す。つまり、段間ロス制御部92は、段間外れを検出すると、式(17)を満たす光レベルがPD66から検出されるよう、AGC91を制御する。なお、Psafeの値は予め記憶装置に記憶しておく。
Lretは、段間復帰を検出する復帰閾値を示す。Ldmは、端子81,83間に接続される段間ロスに許容される最大ロス値を示す。Lvdlは、VOA67が開放したときのロス値を示す。Lmは、段間復帰の検出余裕値を示す。これらの値は、予め記憶装置に記憶しておく。以上の説明のように図8の光増幅器は、動作する。
次に、光増幅器のハードウエア構成例について説明する。
図10は、光増幅器のハードウエア構成例である。図10において図8と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図10の各部と図8の各部は対応していない部分があるが、VOA59でAMPゲインを吸収し、VOA67で段間ロスが一定となるように制御し、出力端子78から目標レベルの信号光が出力されるように制御する全体の機能は同じである。
C_G1=P4−P1…(19)
AMPゲイン制御部125は、EDF64の後段の光レベルが一定の目標レベルとなるようにAGC121aの目標値T_G1を算出する。目標値T_G1は、次の式(20),(21)で示される。
ΔG1=C_G1−C_L2+C_G2−目標AMPゲイン…(21)
ただし、C_L2はVOA67とDCF82の段間ロスで、C_G2はEDF75のゲインを示す。なお、C_L2,C_G2は一定となるように制御されるので、結局、C_G1が一定となるように制御される。目標AMPゲインは、光増幅器の出力が一定の目標レベルとなるように外部装置130によって算出されるが、AMPゲイン制御部125がこの機能を有していてもよい。
ロス制御部122は、VOA59の前後のロス量C_L1を算出する。C_L1は、次の式(22)で示される。
EDFゲイン制御部126は、EDF56,64のゲイン和一定の制約が満たされるよう、VOA59のロス量を算出する。このロス量の目標値T_L1は、次の式(23),(24)で示される。
ΔL1=C_G1+C_L1−EDFfg…(24)
EDFfgは、予め内部記憶装置128に記憶されている。
段間ロス制御部123は、VOA67とDCF82間のロス量C_L2を算出する。C_L2は、次の式(25)で示される。
AGC124は、EDF75のゲインC_G2を算出する。C_G2は、次の式(26)で示される。
AGC124は、ゲインC_G2が内部記憶装置128に記憶されている目標ゲインT_G2(固定値)となるように、LD74を制御する。
ΔT_L2=C_G2+C_L2−EDFflg…(28)
EDFflgは、予め内部記憶装置128に記憶されている。
次に、本発明の第3の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第3の実施の形態では、第2の実施の形態に対し、前段光増幅部50と後段光増幅部70の位置が入れ替わっている。
L1=Ldm+Lvdl…(29)
ただし、Ldmは、端子171,173間で許容される最大ロス値を示す。Lvdlは、VOA149が開放したときのロス値を示す。
L2=L2−ΔL2…(30)
ΔL2=G2+L2−EDFfg…(31)
G2は、EDF155の前段とEDF163の後段との間におけるゲインを示す。L2は、現在のVOA158のロス量を示す。よって、G2+L2は、EDF155,163のゲイン和を示す。EDFfgは、一定にすべきEDF56,64のゲイン和を示す。
G2=G2−ΔG2…(32)
ΔG2=(P6−P1)−目標AMPゲイン…(33)
式(33)のP6−P1は、EDF146の前段とEDF163の後段との間のゲインを示す。目標AMPゲインは、出力端子166で目標レベルの信号光が得られるためのゲインを示している。
図12は、光増幅器の動作を説明する図である。図の(A)には、図11に示した光増幅器が示してある。ただし、AGC181,183、段間ロス制御部182、ロス一定制御部184、EDFゲイン制御部185、およびAMPゲイン制御部186が省略してある。
次に、段間外れを検出する動作について説明する。段間外れが発生すると、DCF172のロス量が増加する。これに伴い、ロス一定制御部184のロス量一定の制御が働くため、VOC149のロス量は減少し、最終的には、開放状態となる。段間ロス制御部182は、開放されたVOA149とDCF172のロス量が閾値を超えると、段間ロスが発生したと認識する。段間ロスの閾値は、次の式(34)で示される。
Lthは、段間外れを検出する閾値を示す。Ldmは、端子171,173間で許容される最大のロス値を示す。Lvdlは、VOA149が開放したときのロス値を示す。Lmは、段間外れの検出余裕値を示す。なお、段間ロス制御部182は、VOA149に制御信号を出力しているので、VOA149が開放したことを認識できる。例えば、VOA149を制御する電圧が、VOA149を開放する電圧になると、VOA149を開放したと認識できる。また、VOA149の開放時のロス量は、設計時などにおいて予め知ることができ、記憶装置に記憶しておく。Ldm,Lmの値も予め仕様で決めておき、記憶装置に記憶しておく。
VOA吸収分は、VOA149のアンプゲインの吸収したロス量を示す。この場合、式(34)の閾値は、次の式(36)で示される。
VOA吸収分の決め方としては、例えば、PD152,165間のゲインの下限値Gmを予め記憶装置に記憶しておき、PD152,165間のゲインの目標値G2が下限値Gmを下回ると、VOA吸収分=Gm−G2として、ゲインをVOA146で吸収する。そして、AGC183に出力する目標値G2をG2=Gmとして出力する。これにより、ゲインの目標値が下限値を下回っても、その分VOA149にロス量が分散され、VOA158のNFの悪化を防止できる。
PDsは、PD148で検出されるべき光レベルを示す。Psafeは、VOA149から出力すべき安全光レベルを示す。Lvdlは、VOA149の開放時のロス量を示す。つまり、段間ロス制御部182は、段間外れを検出すると、式(37)を満たす光レベルがPD148から検出されるよう、AGC181を制御する。
Lretは、段間復帰を検出する復帰閾値を示す。Ldmは、端子171,173間に接続される段間ロスに許容される最大ロス値を示す。Lvdlは、VOA149が開放したときのロス値を示す。Lmは、段間復帰の検出余裕値を示す。
(付記1) 連続的に接続された可変光減衰器と外部減衰媒体とを有する光増幅器において、
前記可変光減衰器と前記外部減衰媒体との前段に設けられている前段光増幅部の前段光検出手段と、前記可変光減衰器と前記外部減衰媒体との後段に設けられている後段光増幅部の後段光検出手段とから、前記可変光減衰器と前記外部減衰媒体とによる信号光の減衰量を検出する減衰量検出手段と、
前記信号光の減衰量が一定となるように前記可変光減衰器を制御する減衰量制御手段と、
前記可変光減衰器の減衰量が最小値になったときの前記信号光の減衰量に基づいて、前記外部減衰媒体の外れおよび接続を検出する接続検出手段と、
を有することを特徴とする光増幅器。
(付記4) 前記接続検出手段は、前記信号光の減衰量が少なくとも前記可変光減衰器の減衰量の最小値と、前記外部減衰媒体に許容される減衰量との加算値を下回った場合、前記外部減衰媒体の接続を検出することを特徴とする付記1記載の光増幅器。
(付記6) 前記接続検出手段によって、前記外部減衰媒体の外れが検出された場合、前記前段光検出手段の光レベルを参照し、前記外部減衰媒体の前段から安全レベルの前記信号光が出力されるように前記前段光増幅部を制御する安全光制御手段をさらに有することを特徴とする付記1記載の光増幅器。
1a 前段光検出手段
1b,2b EDF
2 後段光増幅部
2a 後段光検出手段
3 減衰量検出手段
4 減衰量制御手段
5 接続検出手段
6 可変光減衰器
7 外部減衰媒体
8a,8b 端子
Claims (5)
- 連続的に接続された可変光減衰器と外部減衰媒体とを有する光増幅器において、
前記可変光減衰器と前記外部減衰媒体との前段に設けられている前段光増幅部の前段光検出手段と、前記可変光減衰器と前記外部減衰媒体との後段に設けられている後段光増幅部の後段光検出手段とから、前記可変光減衰器と前記外部減衰媒体とによる信号光の減衰量を検出する減衰量検出手段と、
前記信号光の減衰量が一定となるように前記可変光減衰器を制御する減衰量制御手段と、
前記可変光減衰器の減衰量が最小値になったときの前記信号光の減衰量に基づいて、前記外部減衰媒体の外れおよび接続を検出する接続検出手段と、
を有することを特徴とする光増幅器。 - 前記接続検出手段は、前記信号光の減衰量が少なくとも前記可変光減衰器の減衰量の最小値と、前記外部減衰媒体に許容される減衰量との加算値を超えた場合、前記外部減衰媒体の外れを検出することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
- 前記接続検出手段は、前記信号光の減衰量が少なくとも前記可変光減衰器の減衰量の最小値と、前記外部減衰媒体に許容される減衰量との加算値を下回った場合、前記外部減衰媒体の接続を検出することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
- 前記接続検出手段によって、前記外部減衰媒体の外れが検出された場合、前記前段光検出手段の光レベルを参照し、前記外部減衰媒体の前段から安全レベルの前記信号光が出力されるように前記前段光増幅部を制御する安全光制御手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
- 前記接続検出手段によって、前記外部減衰媒体の外れが検出された場合、前記後段光増幅部をオフする増幅部オフ手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
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