JP4769443B2 - 光増幅装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光増幅装置の制御装置及び制御方法に関し、特に、光増幅装置の出力一定制御や利得一定制御に用いて好適な、光増幅装置の制御装置及び制御方法に関する。
現在、波長の異なる複数の光信号を一つの伝送路(光ファイバ)に入力することにより伝送容量を増大させる、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)方式が普及している。また、光リングネットワークでは、多重化されたWDM光に関して伝送路途中で任意の波長の増減設を可能にする光伝送装置(光ノード)として、OADM(Optical Add-Drop Multiplex)装置も実用化されている。
ここで示したWDM光通信方式においては、WDM光の波長数の変化時においても、光増幅装置において増幅利得を一定に制御することにより、1波当たりの出力信号光パワーが一定となるように制御する必要がある。そのため、現在実施されているWDM光通信方式においては、需要に応じて任意の光ノード間で波長数の設定(増減設)が実施されたり、WDM光通信システムにおいてプロテクション機能を提供する必要がある等の理由により、任意に実施される波長数の増減設に対して高速応答可能な光増幅装置が必要である。現在の光増幅装置の制御においては、この高速応答制御を自動利得制御(AGC:Automatic Gain Control)により実施しているのが一般的である。
また、長距離WDM光通信システム等のように光増幅装置が多段に接続される条件においては、伝送路ファイバの温度や経年変化等に起因して伝送路ロスに変化が生じると、AGCのみでは伝送品質に悪化を招いてしまう。そこで、1波当たりの入力変動(入力ダイナミックレンジ)を吸収し、一定の信号出力レベル(パワー)を得るために、AGCに加えて、ALC(Automatic Level Control)を併せて実施する必要がある。
図9に、このようなAGC及びALCを併用する従来の光増幅装置の構成を示す。この図9に示す光増幅装置は、2段増幅構成のインラインアンプとして構成されており、光回路部として、光増幅媒体であるエルビウム添加光ファイバ(EDF)100a及び100bと、これらのEDF100a及び100b間に設けられて光レベル(損失量)を調整するための可変光減衰器(VOA:Variable Optical Attenuator)101とをそなえるとともに、前段のEDF100aの入出力光レベルのモニタ回路を構成するビームスプリッタ(BS)102a,102b,フォトダイオード(PD)103,104と、EDF100a用の励起光回路を構成する励起光源(LD)105,WDMカプラ(波長合波器)106とをそなえ、且つ、後段に配置されたEDF100bの入出力光レベルのモニタ回路を構成するBS107a,107b,PD108,109と、EDF100b用の励起光回路を構成する励起光源(LD)110,WDMカプラ111とをそなえて構成されている。
また、制御回路部(電気回路部)として、前段のEDF100a用のAGC回路121と、後段のEDF100b用のAGC回路122と、VOA101の減衰量を制御するALC回路123とをそなえるとともに、ASE補正回路(加算器)124,125もそなえる。
このようなEDFを用いた光増幅装置(EDFA)では、各EDF100a及び100bによる利得及びVOA101での損失の総和が光増幅装置全体としての利得(EDFトータルゲイン)となり、EDF100a,100bの利得又はVOA101での損失量を変化させることで、EDFトータルゲインを変化させることができる。
具体的に、上述の光増幅装置では、信号入力端から入力されたWDM光がEDF100aで増幅され、VOA101で出力レベル(つまり、後段のEDF100bへの入力レベル)が調整された後、EDF100bで再度増幅されて出力される。そして、この際、各EDF100a及び100bの入出力光がそれぞれBS102a,102b及びBS107a,107bにて一部分岐されて、各EDF100a及び100bの入出力光パワーがそれぞれPD103,104及びPD108,109でモニタされる。即ち、各PD103,104,108,109は、入力光量に応じた電気信号(電圧値)を対応するAGC回路121,122にそれぞれ入力する。
AGC部(AGC回路121及び122)では、入力信号光のパワー変動込みでAGCを実施する。即ち、上記各PD103,104,108,109からの入力電圧値を基に、EDFトータルゲインが予め定められた一定の値に保持されるように(前段のEDF100aの入力光レベルと後段のEDF100bの出力光レベルとの比が一定となるように)、LD105,110の出力パワー(励起光パワー)を制御する。
一方、ALC回路123では、1波当たりの入力変動(入力ダイナミックレンジ)を吸収して一定の出力信号光レベルを得るために、PD109のモニタ値(つまり、後段のEDF100bの出力光レベル)に基づいてVOA101での損失量を調整することにより、入力信号光のパワー変動を抑圧する方向にEDFトータルゲインを変化させる。
これにより、ALC回路123による制御の応答速度(時定数)よりも十分遅い速度の入力光パワーの変動に対しては、入力ダイナミックレンジ範囲内の入力光パワー変動を完全に抑圧することができ、且つ、EDFトータルゲインを所定値に制御することが可能になる。
なお、後記特許文献1にも記載されているように、AGCの時定数は、前述したように入力信号光の波長数変動(波長増減設)に対して十分対応できるよう、EDF100a,100bの応答時間(励起光パワーが変化した時からEDF100a,100bの利得がその変化に応じて目標値に調整されるまでの時間で、通常は数ミリ秒程度)に対して十分に短く設定される。これに対し、ALCの時定数は、例えばOSC(Optical Supervisory Channel)によって伝達される監視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長く(10倍以上等)なるように設定される。
ところで、EDFを用いた光増幅装置においては、特許文献1の段落0053,0054でも述べられているように、入力光の増幅に伴ってノイズ成分となるASE(Amplified Spontaneous Emission)が発生する。そのため、光増幅装置への入力光パワー(トータルパワー)を「Pin」、光増幅装置への1波当たりの入力光パワーを「Pin_ch」、出力光パワー(トータルパワー)を「Pout」、信号利得を「G」、自段で発生したASE出力を「Pase」、波長数を「m」とすると、AGCで設定される利得は下記(1)式により表され、所望の利得である信号利得Gに対してASEに起因した誤差が発生する。そして、この誤差はWDM光の波長多重数に依存している。

AGC利得=Pout/Pin=(G・Pin+Pase)/Pin
=G+Pase/(m×Pin_ch) …(1)

よって、AGC利得は、信号利得Gに対して「Pase/(m×Pin_ch)」分だけ嵩上げしておけばよいことが分かる。そこで、図9に示す従来の光増幅装置では、AGC部(AGC回路121,122)への入力情報(EDF100a,100bの入力光パワーのモニタ値)にASE補正値(=Pase/G)を加算器124,125により反映させている。なお、ASE補正値はEDF100a,100bの出力光パワーのモニタ値に反映させる場合もある(特許文献1の図11参照)。また、特許文献1の段落0058にも記載されているように、ALCに関してもASE補正値が反映される。なお、かかるASE補正の詳細については、例えば特許文献1の段落0055,0056に記載されている。
特開2003−174421号公報
ところで、上記の「ASE補正値」は、1波当たりの入力光パワーに大きく依存しているため、その1波当たりの入力光レベルが変動する可能性のあるALC時には常に「ASE補正値」を変化させる必要がある。その制御値は、1波レベルの入力光パワー(Pin_ch)を基に設定されるため、波長数変動に対して本来は変化しない値である。
しかし、ALC中に波長数変動が生じた場合においては、OSC等により正確な波長数情報を取得できるまでは波長数には変化がないものとされるため、波長数変動による入力光パワー変化を1波当たりの入力光レベル変動によるものと捉えてしまう。その結果、ASE補正値に誤差が発生し、図9により上述した光増幅装置や特許文献1の技術のように、EDFトータルゲインの制御目標値やVOA101の制御目標値にASE補正値を反映させる構成では、この制御目標値においても誤差が発生することになる。
つまり、1波当りの入力光レベルから目標値を設定する制御情報(光増幅装置全体のゲイン,EDF個々のゲイン,ASE補正値等)において制御誤差が発生することになる。その結果、本来、波長数増減設時においても一定であるべきVOA101の制御値(減衰量)が変化してしまい、利得偏差の影響等から主信号光(WDM光)の伝送品質が劣化してしまう。
また、光増幅装置が多段に接続されるシステムにおいては、自段で発生したASE補正値をOSC等により後段に配置される光増幅装置に通知して当該光増幅装置の制御情報として使用するが、ALC状態で波長数変動が発生した場合は、自段で発生すべき正確なASE補正値を算出できないため、波長数増減設時のASE補正値を使用した制御を後段の光増幅装置にて実施することができない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ASE補正を行なう光増幅装置のASE補正誤差を抑制して、波長数変動時の出力信号光レベル及び光増幅利得の安定化を図ることが可能な、光増幅装置の制御装置及び制御方法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に、本発明の光増幅装置の制御装置(請求項1)は、入力光の増幅に伴って出力光に自然放出光(ASE)が発生し、利得を一定に制御する利得一定制御手段と出力レベルを一定に制御する出力レベル一定制御手段とをそなえた光増幅装置の制御装置であって、該ASEに起因して生じる上記の光増幅装置の利得及び出力レベルのうちの少なくとも出力レベルに関する制御誤差を前記入力光の波長数変動の前後において補正するASE補正手段と、該ASE補正手段による、前記入力光の波長数変動の前後での上記少なくとも出力レベルに関する制御誤差補正をそれぞれ所定の時定数により制御するASE補正制御手段とをそなえたことを特徴としている。
ここで、該ASE補正手段は、該利得一定制御手段による利得一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差第1ASE補正情報により補正する第1ASE補正部と、該出力レベル一定制御手段による出力レベル一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差第2ASE補正情報により補正する第2ASE補正部とをそなえ、且つ、該ASE補正制御手段は、上記の各ASE補正部に対する上記各ASE補正情報を前記時定数により設定するASE補正情報設定部をそなえて構成してもよい(請求項2)。
また、該ASE補正制御手段は、他の光増幅装置へ転送すべき該ASEに関するASE情報を所定時定数にて出力するASE情報転送部をさらにそなえて構成してもよい(請求項3)。
さらに、該ASE補正制御手段は、上記各ASE補正情報にずれを生じさせる、該入力光についての波長数情報を受信すると、前記時定数に関わらず、上記各ASE補正情報を当該波長数情報受信前の情報に固定するASE補正情報固定化部をさらにそなえて構成してもよい(請求項4)。
また、本発明の光増幅装置の制御方法(請求項5)は、入力光の増幅に伴って出力光に自然放出光(ASE)が発生し、利得を一定に制御するとともに出力レベルを一定に制御する光増幅装置の制御方法であって、該ASEに起因して生じる上記の光増幅装置の利得及び出力レベルのうちの少なくとも出力レベルに関する制御誤差を前記入力光の波長数変動の前後において補正するASE補正ステップと、該ASE補正ステップによる、前記入力光の波長数変動の前後での上記少なくとも出力レベルに関する制御誤差補正をそれぞれ所定の時定数により制御するASE補正制御ステップとを有することを特徴としている。
上記発明によれば、以下のような効果ないし利点が得られる。
(1)ASE補正誤差の発生を低減することができ、波長数変動後における光増幅装置の出力レベルの安定性を確保できる。
(2)誤差の少ないASE補正情報が光増幅装置の利得制御に反映されるので、波長数変動時に懸念される伝送品質の劣化を防ぐことができる。
(3)自段で発生するASE補正情報のずれが低減されるため、波長数変動の発生に関わらず、次段に転送するASE補正情報を用いた制御を正確に実施可能となる。
〔A〕一実施形態の説明
図1は本発明の一実施形態としての光増幅装置の制御装置が適用される光伝送装置の構成を示すブロック図で、この図1に示す光伝送装置(光ノード)は、アド/ドロップ機能を有するOADMノードとして構成されており、本例では、光伝送系(主信号系)に、プリアンプとして機能する光増幅装置1−1と、ポストアンプとして機能する光増幅装置1−2と、波長分離部(DEMUX)21,光スイッチ(SW)22,波長多重部(MUX)23及び光送受信機24を構成要素とする光クロスコネクト部2とをそなえるとともに、制御系として、ビームスプリッタ(光カプラでもよい)3と、OSC受信部4と、装置制御回路5と、OSC送信部6と、WDMカプラ7とをそなえて構成されている。
ここで、光増幅装置1−1,1−2は、それぞれ、複数の波長が多重された入力光(WDM光)を所定の出力レベルにまで波長一括増幅するもので、本実施形態においても図9に示す構成と同様に、図2に示すごとく、希土類の1つであるエルビウム原子を添加した光ファイバ(EDF)100a,100bを用いたEDF光増幅器(EDFA)として構成される。なお、以下において、光増幅装置1−1,1−2を区別しない場合には単に「EDFA1」あるいは「EDFA1−k」(k=1,2,…)と表記する。
光クロスコネクト部2は、低速光伝送装置への特定波長の信号光のドロップ(分岐)機能、低速光伝送装置からの特定波長の信号光の主信号(WDM光)へのアド(挿入)機能、特定波長の信号光のスルー機能等を実現するもので、波長分離部21でWDM光を波長毎に分波した後、光スイッチ22にて、任意の波長の受信信号光を光送受信機24側へ切り替えてドロップしたり、波長多重部23へスルーしたり、あるいは、光送受信機24からの送信光をアド光として波長多重部23へ出力切り替えしたりすることができるようになっている。
ビームスプリッタ3は、プリアンプ1−1へのWDM光に監視制御用波長(OSC)として含まれる光を分岐するものであり、OSC受信部4は、このビームスプリッタ3で分岐されたOSCの光を光電変換して下流側からの監視制御情報を抽出し装置制御回路5に通知する機能を有するものである。
装置制御回路5は、OADMノード1全体の動作を制御するもので、上記OSC受信部4により受信された監視制御情報に応じた制御や、上流側へOSCにより通知すべき監視制御情報の生成などの各種機能を装備しており、各EDFA1に対する必要な設定(利得目標値や出力パワー目標値等の設定)もアンプ・装置間インタフェース8(図2参照)を介して行なえるようになっている。
OSC送信部6は、装置制御回路5からの監視制御情報をOSCの光に変換して出力する機能を有するものであり、WDMカプラ(波長合波器)7は、ポストアンプ1−2の出力光(上流側へのWDM光)にOSC送信部6からのOSC光を合波するものである。
なお、上記のOSC受信部4と、装置制御回路5と、OSC送信部6と、アンプ・装置間インタフェース8と、図2により後述するEDF制御回路9とで、EDFA1の制御装置が構成されている。
そして、上記の各EDFA1は、それぞれ、図2に示すように構成される。即ち、図9により前述した構成(2段増幅構成)と同様に、光回路部として、光増幅媒体であるEDF100a及び100bと、これらのEDF100a及び100b間に設けられて光レベル(損失量)を調整するための可変光減衰器(VOA)101と、前段に配置されたEDF100aの入出力光レベルのモニタ回路を構成するビームスプリッタ(BS)102a,102b,フォトダイオード(PD)103,104と、EDF100a用の励起光回路を構成する励起光源(LD)105,WDMカプラ106と、後段に配置されたEDF100bの入出力光レベルのモニタ回路を構成するBS107a,107b,PD108,109と、EDF100b用の励起光回路を構成する励起光源(LD)110,WDMカプラ111とをそなえている。
また、制御回路部(電気回路部)として、EDF100a,100bの利得制御を実施するAGC回路11と、VOA101の減衰量(損失量)を制御するALC回路12と、これらのAGC回路11及びALC回路12に対する各種目標値の設定等を行なうEDF制御回路9と、当該EDF制御回路9と前記装置制御回路5との間のインタフェースをとるアンプ・装置間インタフェース8とをそなえている。
ここで、AGC回路(利得一定制御手段)11は、各EDF100a,100bの入出力光パワーに基づいて各EDF100a,100bの総利得(トータルゲイン=G+G)が一定(アンプ制御回路9から設定されるアンプ利得目標値)となるように各LD105,110の励起光パワーを調整(制御)するものである。このために、本例のAGC回路11は、図2中に示すように、コンパレータ13,14,15,加算器16及び減算器17をそなえて構成されている。
コンパレータ13は、前段のEDF100aの出力光パワー(PD104で検出)と後段のEDF100bへの入力光パワー(PD108で検出)との差分、つまりは、入出力光パワー比(利得)を得るものであり、コンパレータ14は、EDF100aへの入力光パワー(つまりは、EDFA1全体への入力光パワー:PD103で検出)とEDF100bの出力光パワー(つまりは、EDFA1全体の出力光パワー:PD109で検出)との差分(つまりは、VOA101による損失利得)を得るものである。
また、減算器17は、コンパレータ14の出力からコンパレータ13の出力を減算することにより、EDFA1全体の入出力パワーからVOA101による利得損失を差し引いたEDF100a,100bによる純粋な入出力光パワーの差分(つまりは、利得)を得るものであり、コンパレータ15は、この減算器17の出力とEDFA制御回路9から設定されるアンプ利得目標値(G+G)との差分を取得するもので、当該差分が各LD105,110に供給されることにより、当該差分が最小となる(つまり、EDFA1のトータルゲインがアンプ利得目標値となる)よう各LD105,110の励起光パワーが制御されるようになっている。
そして、加算器〔ASE補正手段(第1ASE補正部)〕16は、PD103の出力にEDFA制御回路9から設定されるASE補正値(第1ASE補正情報)を反映(加算)することにより、EDF100a,100bによる増幅に伴って発生するASEに起因してAGC制御に関して発生し得る制御誤差を入力モニタのオフセットとして補正(ASE補正値分利得を嵩上げ)するものである。なお、ASE補正制御方式自体に関してはこれに限定されない。例えば、ASE補正値は、PD103の出力ではなくPD104の出力に反映するようにしてもよい。
一方、ALC回路(出力レベル一定制御手段)12は、本実施形態においても、WDM光の1波当たりの入力変動(入力ダイナミックレンジ)を吸収して一定の出力信号レベルを得るために、PD109のモニタ値(つまり、後段のEDF100bの出力光レベル)に基づきVOA101の減衰量を調整することにより、EDFA1全体の出力光レベルが一定(EDFA制御回路9から設定される出力目標値)となるよう制御するもので、図2中に示すように、PD109の出力とEDFA制御回路9からの出力目標値との差分をコンパレータ18によって取得して、当該差分が最小となるようにVOA101の損失量が調整されるようになっている。ただし、その際、本例においても、ALCに関してASEに起因して生じ得る制御誤差を補正すべく、上記出力目標値にASE補正値(第2ASE補正情報)が加算器〔ASE補正手段(第2ASE補正部)〕19により反映(加算)されるようになっている。
以上のような構成のEDFA1では、ALC状態(モード)において、光モニタ(PD109)にて出力パワーを検出し、当該出力パワーが一定(出力目標値)となるようにVOA101での損失量がALC回路12によって調整されるとともに、AGC状態(モード)において、各EDF100a,100bの前後段に配置された光モニタ(PD103,104,108,109)により、各EDF100a,100bによるトータルゲインを検出し、当該ゲインが一定(アンプ利得目標値)となるように各LD105,110の励起光パワーがAGC回路12によって調整される。なお、EDFA1における出力レベル及びEDF利得は各動作モードに対して一定に制御する必要があるため、WDM光の1波当たりの入力変動(入力ダイナミックレンジ範囲内)に対して制御される。
また、かかる制御の際、先に記載したように、自段で補正すべきASE補正値が1波当たりの入力パワーに依存することから、ASEによるノイズ発生分を補正するため、ASE補正値を加算器16,19によりそれぞれPD103の出力(入力モニタ値)及びコンパレータ18への出力目標値に加算してAGC及びALCについての各制御目標値に反映させる(ASE補正ステップ)。結果として、ALC状態での各種制御目標値(出力目標値,アンプ利得目標値,VOA損失目標値)は、ASE補正値を反映させた場合において、下記の(2),(3),(4)式に示す通りとなる。

出力目標値[dB]=1波当たりの出力パワー目標値[dBm/ch]+10×Log(m)+Gase_total
…(2)
アンプ(EDF)利得目標値[dB]=EDF利得設定値[dB]+Gase_k …(3)
VOA損失目標値[dB]=EDF利得目標値−アンプ利得モニタ値 …(4)

ここで、(2)式における「m」は波長数、(3)式における「EDF利得設定値」は、EDFA1の動作モードに対して装置制御回路5により所定値が設定され、(2)式における「Gase_total」は、ASEによる出力増加分(前段までの累積分+自段でのASE発生分)相当の利得、(3)式における「Gase_k」は、自段(k)でのASEによる出力増加分相当の利得をそれぞれ示す。また、(4)式における「アンプ利得モニタ値」は、入力PD103及び出力PD109のモニタ値の比により得られる。
図3に、3台のEDFA(AMP)1−1,1−2,1−3が伝送路200,300を介して多段に接続された時のレベルダイア(各伝送区間における出力パワー変化)を示す。この図3において、点線30がASE補正なしの場合の出力パワー変化を示し、実線40が各EDFA1−k(k=1,2,3)でASE補正を行なった場合の出力パワー変化を示しており、EDFA1−1の出力パワーは自段(k=1)で発生するASE分(Gase_total=Gase_1)だけ嵩上げされ、EDFA1−2の出力パワーは前段(k=1)と自段(k=2)とで発生するASE分(Gase_total=Gase_1+Gase_2)だけ嵩上げされ、EDFA1−3の出力パワーは自段(k=3)までと自段とで発生するASE分(Gase_total=Gase_1+Gase_2+Gase_3)だけ嵩上げされる。
このように、多段に接続された各EDFA1−kの出力目標値には、自段までと自段でのASE補正による出力増加分(Gase_total)を反映する必要があり、その結果として、各EDFA1−kにおいて、各チャンネル(波長)の信号レベルが所望の出力レベルに一定制御される。なお、各段間のASE補正情報は、通常、OSC等により転送される。
ここで、ASE補正による出力増加分(αとする)は、下記(5)式を意味する。

α[dB]=10×Log10(総出力パワー/出力信号パワー)
=10×Log10[((m×Pin[mW/ch]+ASEin)×Gain+ASEout)/(m×Pin[mW/ch]×Gain)]
…(5)

ただし、「ASEin」は、EDFA1に入力されるASEパワー、「ASEout」は、EDFA1から出力されるASE総出力パワー、「m」は波長数をそれぞれ示し、対数内の分子において、「m×Pin+ASEin」が入力PD103(108)により検出(モニタ)され、「Ga in」は入力PD103(108)及び出力PD104(109)のモニタ値から求められ、「ASEout」は装置制御回路5から設定される。対数内の分母の各値は装置制御回路5から設定される。
また、図4に、多段に接続された個々のEDFA1−k内のレベルダイア(各区間における出力パワー変化)を示す。この図4において、点線50が各EDFA1−kでASE補正を行なわない場合の個々のEDFA1−k内での出力パワー変化を示し、実線60が前段(k−1)でASE補正が行なわれ自段(k)で発生するASE分(Gase_k)の補正を行なわない場合の出力パワー変化を示し、点線70が自段(k)で発生するASE分の補正(EDF利得制御)を行なった場合の出力パワー変化を示している。
このように、各EDFA1−kにおいて利得偏差の発生を防ぐため、ALC状態においてEDF利得一定制御が実施されるが、この制御目標値(EDF利得目標値)においては上記(3)式に示す通り、自段(k)でのASEによる出力増加分(Gase_k)だけEDF利得を加算する必要がある(点線70参照)。この「Gase_k」は、「自段でのGase_total」−「後段のGase_total」で与えられる。
なお、波長数増減設に対応する高速応答を実現するEDFA1においては、常時、AGC制御が実施されて入出力利得が一定に保たれる。図2の構成においては、入力PD103(108)及び出力PD104(109)を用いて、「Pin×Gain−Pout」が最小(“0”)となるように高速制御されることになる。また、図4では点線70に示すごとくEDF100bの利得を制御して「Gase_k」分の利得加算を行なっているが、結果的に「Gase_k」分の嵩上げが実現されれば、EDF100aの利得を制御してもよい。つまりは、EDFA1−k全体として図4中に二点鎖線80で示すようなAMP利得が得られればよい。通常、この様なレベルダイアの設定は、利得偏差・NF等の特性を考慮して設計される。
・波長数増減設時の問題点
ところで、ALC状態での波長数増減設の発生時は、正確な波長数情報を取得できない限り、上記の(5)式で示したALC状態でのASE補正情報(α,Gase_k)を算出できない。そして、通常、波長数情報(m)はOSC等により後段に通知される情報であり、光ノード間で任意に波長数が設定されるようなシステムにおいては、波長数が変化してから、正確な情報が通知されるまでに所定期間を要するため、ALC状態において、この期間中は正確な波長数情報を認識することができない。
そのため、ALC状態では、前述したように、波長数変動による入力変化を1波当たりの入力変動と捉えてしまい、本来反映されるべきASE補正情報を取得できず、出力レベルやEDF利得等に目標値とのずれが発生する。そこで、本実施形態では、EDF制御回路9により、ASEに起因して生じるEDFA1の利得及び出力レベルに関する制御誤差の補正(ASE補正)を所定の時定数により制御する構成とする。
このため、EDF制御回路9は、例えば図5に示すように、入力モニタ回路91,フィルタ回路(時定数回路)92,第1ASE補正値算出部93,第2ASE補正値算出部94及び1波OSNR算出部95をそなえて構成し、ASE補正情報の算出に用いる入力モニタ情報に所定の時定数をもたせ、ASE補正情報及び次段へのノイズ転送情報の算出に使用する。
ここで、入力モニタ回路91は、ASE補正情報の算出に用いる入力モニタ情報としてPD103のモニタ値(電圧値)をディジタル値に変換する機能を有するものであり、フィルタ回路92は、この入力モニタ回路91からのディジタルモニタ値を所定の時定数τにて出力するものであり、入力が変動した場合、その変動する速度を遅くして出力する機能を果たすものである。そして、第1ASE補正値算出部93は、このフィルタ回路92からのディジタルモニタ値を基に加算器16(図2参照)により反映させるべき第1ASE補正値(Pase/G×m×Pin_ch)を算出するものである。
第2ASE補正値算出部94は、フィルタ回路92からの上記ディジタルモニタ値を基に加算器19により出力目標値に反映させるべき第2ASE補正値(Gase_k=「自段でのGase_total」−「後段のGase_total」)を算出するものであり、1波OSNR算出部95は、次段へのノイズ転送情報として、1波のOSNRに相当する量(分解能波長当たりの自段でのASE出力と1波信号出力との比)を算出するもので、得られた情報はOSC送信部6(図1参照)を通じて後段へ転送されるようになっている。即ち、この1波OSNR算出部95は、他の光増幅装置へ転送すべきASEに関する情報(ASE情報)を所定時定数τにて出力するASE情報転送部として機能する。
つまり、本実施形態のEDF制御回路9は、加算器(ASE補正部)16,19による制御誤差の補正を所定の時定数τにより制御(ASE補正制御ステップを実施)する(加算器16,19に対する上記各ASE補正情報を時定数τにより設定する)ASE補正制御手段(ASE補正情報設定部)として機能するのである。
以上のような機能を有するEDF制御回路9は、マイクロコントローラ又はディジタルシグナルプロセッサ(DSP)及び制御情報の演算に使用するパラメータを有するROM等のメモリを用いて構成することができる。また、ASE補正制御の上記時定数τは波長数増減設のスピードに対して十分遅い設定とし、且つ、通常ALC動作に対して可能な設定値とする。具体的には、ASE補正値算出の時定数τは、1波当たりの入力パワー変動を吸収するALCの時定数と一致させる、又は波長数増減設スピードより十分遅い設定とする必要がある。
これは、時定数τを波長数増減設のスピードに対してそれほど遅くない設定にすると、波長数変動時にASE補正値算出にずれが生じてしまい、逆に過度に遅く設定すると、波長数変動を伴わない通常の運用時において、肝心のALC制御時にASE補正値算出にずれが生じるためである。通常、ALCにて制御が想定されるケースは、経時劣化(温度変動)などの遅い1波当たりの入力変動であり、前記したALCの時定数は波長数増減設に比較して十分遅い値であり、ASE補正制御の上記時定数τの設定も波長数増減設に比較して十分遅い値の設定が可能である。
このように時定数τを設定することにより、図7に示すような制御が実現される。なお、従来技術のASE補正値の反映方法では、図6に示すような動作となってしまい、自段のASE補正ずれ及び後段への転送情報(ノイズ情報)のずれが発生する。
即ち、ALC状態において、図6中に点線81で示すタイミングで波長減設が発生したとすると、図6中(1)に示すようにEDFA1への入力トータルパワーが減少するが、このとき、図6中(3)に示すように、OSC等により波長数減設後の正確な波長数情報が転送されるまではEDFA1で認識している波長数情報には変化がない(更新が間に合わない)ため、図6中(2)に示すように実際には1波当たりの入力パワーには変化がないにも関わらず、入力トータルパワーの減少が1波当たりの入力パワーの減少によるものと捉えてしまい、図6中(4)に示すようにASE補正情報及び後段への転送情報にずれが生じてしまう。
これに対し、本実施形態のEDFA1では、同様に、図7中に点線81で示すタイミングで波長減設が発生したとしても、フィルタ回路92の時定数τにより、図7中(4)に示すように、フィルタ回路92の出力が時間に対して緩やかに変化するため、図7中(5)に示すようにASE補正情報及び後段への転送情報のずれも緩やかに変化し、この結果、図7中(6)に示すように、EDF利得目標値のずれも時間に対して緩慢になる。したがって、EDF利得、出力パワー等のずれを低減することが可能となる。なお、図7中(1)〜(3)で示す情報は図6中(1)〜(3)に示す情報と同じである。
波長増設の場合も、上記減設の場合と同様に、ASE補正情報に時定数τをもたせることにより、EDF利得、出力パワー、OSC転送情報等のずれを低減することが可能である。また、ALC状態で波長数増減設が発生するケースにおけるALCの時定数に関しては、前記特許文献1に記載されるように、長周期ALCを実施するよう設定される。
・波長数情報設定
波長数増減設後のALC状態にて、OSC等により転送されてきた正確な波長数情報(m)を反映させる場合は、図8に示す動作が想定される。即ち、ASE補正情報(Gase_k)の算出には波長数情報を必要とするため、図8中(1)に符号82で示すタイミングで波長減設が発生した後、図8中(3)に符号83で示すタイミングで正確な波長数情報を反映させた場合、図8中(5),(6)に符号84で示すように、ASE補正情報及び後段へのOSC転送情報に大幅なずれが生じ、EDF利得目標値等にも大幅なずれが生じる。
そこで、本実施形態のEDF制御回路9は、正確な波長数情報を反映させる場合、図8中(7),(8)に符号85で示すように、ASE補正情報を波長数情報の反映(受信)前の値に固定化するとともにVOA損失目標値を現在のモニタ値(PD104及び108のモニタ値)に設定する等の対処をして(ASE補正情報固定化ステップ)、正確な波長数情報反映による急激な目標値ずれを回避する。かかる制御は、例えば図5に示す各ASE補正値算出部93,94が、OSC受信部4経由で装置制御回路5から正確な波長数情報を受信した時点でその出力値をそれまでの出力値に固定するように構成することで実現できる。
つまり、上記ASE補正値算出部93,94は、入力光についての波長数情報を受信すると、前記時定数τに関わらず、上記ASE補正情報を当該波長数情報受信前の情報に固定するASE補正情報固定化部としての機能も果たしていることになる。このようにVOA101の制御値を固定化(現在のモニタ値から設定)する処理は、ASE補正制御に時定数τをもたせているが故に必須となる処理である。
なお、上記のような波長数情報取り込み時の急激な目標値ずれを回避するには、VOA101の損失量を制御する時定数を波長数増減設のスピードに対して十分遅く設定することでも対処可能である。このようにしても、本来の制御値に対して、ほぼ誤差の無い目標値設定が可能である。
また、正確な波長数情報をAGCのみが動作している状態において取り込む場合は、AGC遷移時にVOA損失目標値の設定対処を実施すれば良いが、ALC状態で制御を続けた場合は、最終的な収束値が、正確な波長数情報から算出できないため、所定期間後にはASE補正情報に誤差が発生する。その動作を回避するため、ALC中の波長増減設発生後には、所定期間内(制御値ずれが許容範囲外となる前)にAGC状態に遷移させる必要がある。この状態から、正確な波長数情報および制御情報が反映され、再度ALC状態に遷移することにより、出力レベル・EDF総利得などの安定化を図ることが可能である。
以上のように、本実施形態によれば、以下のような効果ないし利点が得られる。
(1)ALC中の波長数増減設におけるASE補正誤差の発生を低減することができ、波長数変動後における出力レベルの安定性を確保できる。
(2)誤差の少ないASE補正情報をEDF利得制御値に反映させることにより、ALC中の波長数増減設時に懸念される伝送品質の劣化を防ぐことが出来る。
(3)自段で発生するASE補正情報のずれが低減されるため、波長数増減設の発生に関わらず、次段に転送するASE補正情報を用いた制御を正確に実施可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、ALC部及びAGC部のオフセットとしてASE補正を行なう構成となっているが、本発明はこれに限定されず、いずれか一方に関してのみASE補正を実施する構成になっていてもよい。
また、上述した実施形態では、光増幅装置が希土類添加光ファイバとしてEDFを用いたEDF光増幅器として構成されている場合について述べたが、本発明はこれに限定されず、入力光の増幅に伴ってASEが発生し得る光増幅器であれば本発明は同様に適用され、上記と同様の作用効果を得ることができる。
〔B〕付記
(付記1)
入力光の増幅に伴って出力光に自然放出光(ASE)が発生する光増幅装置の制御装置であって、
該ASEに起因して生じる該光増幅装置の利得及び出力レベルのいずれか一方又は双方に関する制御誤差を補正するASE補正手段と、
該ASE補正手段による該制御誤差の補正を所定の時定数により制御するASE補正制御手段とをそなえたことを特徴とする、光増幅装置の制御装置。
(付記2)
該光増幅装置が、
該光増幅装置の利得を一定に制御する利得一定制御手段と、
該光増幅装置の出力レベルを一定に制御する出力レベル一定制御手段とをそなえるとともに、
該ASE補正手段が、
該利得一定制御手段による利得一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差を第1ASE補正情報により補正する第1ASE補正部と、
該出力レベル一定制御手段による出力レベル一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差を第2ASE補正情報により補正する第2ASE補正部とをそなえ、且つ、
該ASE補正制御手段が、
上記の各ASE補正部に対する上記各ASE補正情報を前記時定数により設定するASE補正情報設定部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記1記載の光増幅装置の制御装置。
(付記3)
該ASE補正制御手段が、
他の光増幅装置へ転送すべき該ASEに関するASE情報を所定時定数にて出力するASE情報転送部をさらにそなえて構成されたことを特徴とする、付記2記載の光増幅装置の制御装置。
(付記4)
該ASE補正制御手段が、
該入力光についての波長数情報を受信すると、前記時定数に関わらず、上記各ASE補正情報を当該波長数情報受信前の情報に固定するASE補正情報固定化部をさらにそなえて構成されたことを特徴とする、付記2記載の光増幅装置の制御装置。
(付記5)
前記時定数が、該利得一定制御手段による該利得一定制御に関する時定数と同じ値に設定されていることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の光増幅装置の制御装置。
(付記6)
該光増幅装置が、希土類添加光ファイバ増幅装置として構成されていることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の光増幅装置の制御装置。
(付記7)
該希土類添加光ファイバ増幅装置が、エルビウム添加光ファイバ増幅装置として構成されていることを特徴とする、付記6記載の光増幅装置の制御装置。
(付記8)
入力光の増幅に伴って出力光に自然放出光(ASE)が発生する光増幅装置の制御方法であって、
該ASEに起因して生じる該光増幅装置の利得及び出力レベルのいずれか一方又は双方に関する制御誤差を補正するASE補正ステップと、
該ASE補正ステップによる該制御誤差の補正を所定の時定数により制御するASE補正制御ステップとを有することを特徴とする、光増幅装置の制御方法。
(付記9)
該ASE補正制御ステップが、
該光増幅装置の利得一定制御及び出力レベル一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差をそれぞれ前記時定数により制御することを特徴とする、付記8記載の光増幅装置の制御方法。
(付記10)
該ASE補正制御ステップが、
他の光増幅装置へ転送すべき該ASEに関するASE情報を所定時定数にて出力するASE情報転送ステップを含むことを特徴とする、付記9記載の光増幅装置の制御方法。
(付記11)
該ASE補正制御ステップが、
該入力光についての波長数情報を受信すると、前記時定数に関わらず、上記各ASE補正情報を当該波長数情報受信前の情報に固定するASE補正情報固定化ステップを含むことを特徴とする、付記9記載の光増幅装置の制御方法。
(付記12)
前記時定数が、該利得一定制御手段による該利得一定制御に関する時定数と同じ値に設定されていることを特徴とする、付記8〜11のいずれか1項に記載の光増幅装置の制御方法。
(付記13)
該光増幅装置が、希土類添加光ファイバ増幅装置として構成されていることを特徴とする、付記8〜12のいずれか1項に記載の光増幅装置の制御方法。
(付記14)
該希土類添加光ファイバ増幅装置が、エルビウム添加光ファイバ増幅装置として構成されていることを特徴とする、付記13記載の光増幅装置の制御方法。
以上詳述したように、本発明によれば、ALC中の波長数増減設におけるASE補正誤差の発生を低減することができるので、波長数変動後における光増幅装置の出力レベルの安定性を確保でき、光通信技術分野において極めて有用と考えられる。
本発明の一実施形態としての光増幅装置の制御装置が適用される光伝送装置の構成を示すブロック図である。 図1に示す光増幅装置の構成を示すブロック図である。 3台の光増幅装置(EDFA)が多段に接続された時の出力パワー変化の一例を示す図である。 光増幅装置内の出力パワー変化の一例を示す図である。 図2に示すEDF制御回路9の構成を示すブロック図である。 従来の光増幅装置でのASE補正制御(波長減設時)を説明するための図である。 本実施形態の光増幅装置でのASE補正制御(波長減設時)を説明するための図である。 本実施形態の光増幅装置での波長数情報取り込みタイミング時の動作(波長減設時)を説明するための図である。 来の光増幅装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
1,1−1,1−2,1−3 光増幅装置(EDFA)
2 光クロスコネクト部
21 波長分離部(DMUX)
22 光スイッチ(SW)
23 波長多重部(MUX)
24 光送受信機
3 ビームスプリッタ(又は光カプラ)
4 OSC受信部
5 装置制御回路
6 OSC送信部
7 WDMカプラ(波長合波器)
8 アンプ・装置間インタフェース
11 AGC回路
12 ALC回路
13,14,15,18 コンパレータ
16 加算器〔ASE補正手段(第1ASE補正部)〕
17 減算器
19 加算器〔ASE補正手段(第2ASE補正部)〕
91 入力モニタ回路
92 フィルタ回路(時定数回路)
93 第1ASE補正値算出部
94 第2ASE補正値算出部
95 1波OSNR算出部(ASE情報転送部)
100a,100b エルビウム添加光ファイバ(EDF)
101 可変光減衰器(VOA)
102a,102b,107a,107b ビームスプリッタ(BS)
103,104,108,109 フォトダイオード(PD)
105,110 励起光源(LD)
106 WDMカプラ(波長合波器)
200,300 伝送路

Claims (5)

  1. 入力光の増幅に伴って出力光に自然放出光(ASE)が発生し、利得を一定に制御する利得一定制御手段と出力レベルを一定に制御する出力レベル一定制御手段とをそなえた光増幅装置の制御装置であって、
    該ASEに起因して生じる上記の光増幅装置の利得及び出力レベルのうちの少なくとも出力レベルに関する制御誤差を前記入力光の波長数変動の前後において補正するASE補正手段と、
    該ASE補正手段による、前記入力光の波長数変動の前後での上記少なくとも出力レベルに関する制御誤差補正をそれぞれ所定の時定数により制御するASE補正制御手段とをそなえたことを特徴とする、光増幅装置の制御装置。
  2. 該ASE補正手段が、
    該利得一定制御手段による利得一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差第1ASE補正情報により補正する第1ASE補正部と、
    該出力レベル一定制御手段による出力レベル一定制御に関して該ASEに起因して生じ得る制御誤差第2ASE補正情報により補正する第2ASE補正部とをそなえ、且つ、
    該ASE補正制御手段が、
    上記の各ASE補正部に対する上記各ASE補正情報を前記時定数により設定するASE補正情報設定部をそなえて構成されたことを特徴とする、請求項1記載の光増幅装置の制御装置。
  3. 該ASE補正制御手段が、
    他の光増幅装置へ転送すべき該ASEに関するASE情報を所定時定数にて出力するASE情報転送部をさらにそなえて構成されたことを特徴とする、請求項2記載の光増幅装置の制御装置。
  4. 該ASE補正制御手段が、
    上記各ASE補正情報にずれを生じさせる、該入力光についての波長数情報を受信すると、前記時定数に関わらず、上記各ASE補正情報を当該波長数情報受信前の情報に固定するASE補正情報固定化部をさらにそなえて構成されたことを特徴とする、請求項2記載の光増幅装置の制御装置。
  5. 入力光の増幅に伴って出力光に自然放出光(ASE)が発生し、利得を一定に制御するとともに出力レベルを一定に制御する光増幅装置の制御方法であって、
    該ASEに起因して生じる上記の光増幅装置の利得及び出力レベルのうちの少なくとも出力レベルに関する制御誤差を前記入力光の波長数変動の前後において補正するASE補正ステップと、
    該ASE補正ステップによる、前記入力光の波長数変動の前後での上記少なくとも出力レベルに関する制御誤差補正をそれぞれ所定の時定数により制御するASE補正制御ステップとを有することを特徴とする、光増幅装置の制御方法。
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