JP4941017B2 - 光アンプ、その制御装置、制御回路、制御方法及び制御プログラム並びに光通信ネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、光アンプの制御に関する。

近年、光通信ネットワークの普及が進み、新しい光通信ネットワークがさまざまな場所で構築され続けている。光通信ネットワークの普及のために、コストを抑制する設計が求められている。

光ファイバで伝送される光信号を増幅する光アンプの技術は、光通信ネットワークの重要な要素技術である。光アンプとして、希土類添加光ファイバ増幅器が知られている。典型的な希土類添加光ファイバとして、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ，Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を用いた光増幅器（ＥＤＦＡ，ＥＤＦ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が例示される。他の光アンプの例として、通常の伝送路として用いられる光ファイバの誘導ラマン散乱を利用して光信号を増幅するラマンアンプが知られている。

特許文献１には、光ファイバ増幅器及びその制御方法が記載されている。
特許文献２には、光増幅器が記載されている。
特許文献３には、光サージ対応光受信器が記載されている。
特許文献４には、光増幅器が記載されている。
特開２００４−２８２０２５号公報 特開２００６−１２０９６９号公報 特開平９−３１２６１８号公報 特開２００２−０８４０２４号公報

本発明の目的は、過渡的な変動に強い光アンプを提供することである。
本発明の他の目的は、希土類添加光ファイバに励起光を供給するレーザーダイオードが複数であっても容易に制御することのできる光アンプを提供することである。
本発明の更に他の目的は、出力信号レベルをモニタする必要のない簡単な構成の光アンプを提供することである。
本発明の更に他の目的は、利得一定制御、出力一定制御、利得一定且つ出力一定制御など異なる制御の切替が容易な光アンプを提供することである。
本発明の更に他の目的は、多波長の光信号に適した光アンプを提供することである。
本発明の更に他の目的は、信号の変調方式やビットレートによらずに信号を増幅できる光アンプを提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による光アンプは、入力側光ファイバ上の第１ノードから光信号を抽出する抽出部（１０）と、第２ノード（１１）から供給された励起光によって入力側光ファイバ（ＩＮ）から入力した光信号（９０）を増幅して出力側光ファイバ（ＯＵＴ）に出力する希土類添加光ファイバ増幅器（４０）と、抽出部（１０）によって抽出された光信号に基づいて励起光を制御する制御部（５０）とを備える。励起光は、出力側光ファイバ（ＯＵＴ）の光信号にリアルタイムに応答する制御が行われない。

好ましくは本発明による光アンプは、出力側光ファイバ（ＯＵＴ）の反射光のレベルを監視する監視部（１３、２２）と、抽出部（１０）によって抽出された光信号と反射光のレベルとに基づいて、光アンプの特性の変化を示す特性データを生成する特性モニタ部（７０）とを備える。

好ましくは本発明による光アンプは、入力側光ファイバ（ＩＮ）の光信号に対応する信号レベルと励起光の励起レベルとの対応関係を記憶する記憶部（５１）を備える。制御部（５０）は、記憶部（５１）を参照して、入力側光ファイバ（ＩＮ）から抽出された光信号に対応する励起レベルに基づいて励起光を制御する。光アンプは更に、特性データに基づいて、記憶部（５１）の対応関係の更新を行う較正部（７１）を備える。

本発明による光アンプにおいて、較正部（７１）は、光アンプが自動利得制御されるように予め記憶部（５１）に格納された手順に従って更新を行う。

本発明による光アンプは、入力側光ファイバ上の第１ノード（１０）と第２ノード（１１）との間に接続される可変光減衰器（６０）を備える。制御部（５０）は、第１ノードから抽出した入力光のみに基づいて可変光減衰器（６０）を制御する。

本発明による光アンプは、出力側光ファイバに設置され、希土類添加光ファイバ増幅器（４０）の出力光を制御する可変光減衰器（６０）を備える。制御部（５０）は、第１ノードから抽出した入力光のみに基づいて可変光減衰器（６０）を制御する。

本発明により、過渡的な変動に強い光アンプが提供される。
更に本発明により、希土類添加光ファイバに励起光を供給するレーザーダイオードが複数であっても容易に制御することのできる光アンプが提供される。
更に本発明により、出力信号レベルをモニタする必要のない簡単な構成の光アンプが提供される。
更に本発明により、利得一定制御、出力一定制御、利得一定且つ出力一定制御など異なる制御の切替が容易な光アンプが提供される。
更に本発明により、多波長の光信号に適した光アンプが提供される。
更に本発明により、信号の変調方式やビットレートによらずに信号を増幅できる光アンプが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図中の実線は光接続を示し、点線は電気接続を示す。

図１は、本発明の実施の第１形態に係る光アンプの構成を示す。入力側光ファイバＩＮは、ＥＤＦ４０を介して出力側光ファイバＯＵＴに接続される。入力側光ファイバＩＮの出力端には入力した光信号を光ファイバＦ１と光ファイバＦ２に分ける光カプラ１０が接続される。光ファイバＦ２の出力端にはＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）２０の光信号の入力端が接続される。ＰＤ２０の電気信号の出力端には制御回路５０が接続される。

制御回路５０は記憶装置５１と図示しないＣＰＵとを備えている。記憶装置５１は、制御プログラムと、制御情報とを記憶する。制御情報は、入力光信号９０に対応する信号レベルと、ＬＤ３０の励起レーザー光の励起レベルの目標値との対応関係を示す。すなわち制御情報は、ＰＤ２０から入力する電気信号に応じてＬＤ３０に対して出力する制御信号を一意的に導く規則を示す情報であり、対応関係を示すテーブル又は関数によって実現可能である。制御プログラムはＣＰＵによって実行されるソフトウェアであり、ＰＤ２０から電気信号を入力すると、制御情報に基づいてＬＤ３０に対して出力する制御信号を生成する。

制御回路５０の出力端にはＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）の電気信号の入力端が接続される。ＬＤ３０の光信号の出力端は光ファイバＦ３に接続される。光カプラ１１は、光ファイバＦ１、Ｆ３の光信号を合波して光ファイバＦ４に出力する。光ファイバＦ４の光信号はＥＤＦ４０を介して出力側光ファイバＯＵＴに供給される。

こうした光アンプは、次のように動作する。入力側光ファイバＩＮから入力光信号９０が入力する。入力光信号９０の一部は光カプラ１０でモニタ用に分岐されて光ファイバＦ２を介してＰＤ２０に入力し、他の部分は光ファイバＦ１を介して光カプラ１１に入力する。

ＰＤ２０は入力した光信号を電気信号に変換し、制御回路５０に送信する。制御回路５０は、ＰＤ２０から入力した光信号に応答して制御信号をＬＤ３０に送信する。ＬＤ３０はその制御信号に応答して、ＥＤＦ４０を励起するための励起レーザー光を生成し、光ファイバＦ３を介して光カプラ１１に送信する。光ファイバＦ１の入力光信号と光ファイバＦ３の光信号とは光カプラ１１において合波されてＥＤＦ４０に送信される。ＥＤＦ４０中のＥｒ３＋（エルビウムイオン）は、励起レーザー光によって励起される。光ファイバＦ１からＦ４に入力した入力光信号は、ＥＤＦ４０において励起されたＥｒ３＋によって増幅されて出力側光ファイバＯＵＴに供給される。

こうした光アンプの変形例として、図２に示されるように、複数のＬＤを備えた構成が可能である。図２においては、図１に比べて、ＥＤＦ４０の後段側に光ファイバ５を介して光カプラ１２が挿入されている。光カプラ１２には、ＥＤＦ４０に後方から励起レーザー光を供給するＬＤ３１が接続される。制御回路５０は、ＬＤ３１を制御するために、ＬＤ３０と同じ、またはＬＤ３０とは独立の制御情報と制御プログラムを備えている。制御回路５０は、ＰＤ２０が生成した電気信号に基づいて、ＬＤ３０の励起レーザー光とＬＤ３１の励起レーザー光を制御する。

こうした光アンプにより、以下の効果が達成される。
第１の効果は、入力信号レベルをモニタするのみで光アンプの出力制御を行えることである。ＥＤＦ４０の出力側光ファイバＯＵＴの光信号に応答する制御は必要ないため、行われない。
第２の効果は、入力信号レベルのみをモニタして、予め設定された光出力制御方法に応じたＬＤ励起光の制御を直接的に行うことができるため、従来の入力と出力をモニタする方法に比べて、過渡的な変動に強いことである。
第３の効果は、第２の効果において、制御できるＬＤが複数の場合でも制御できることである。
第４の効果は、入力と出力の信号レベルをモニタしてＬＤ励起光を調整する従来の光アンプに比べて、出力信号レベルをモニタする必要が無いため、構成が簡単化することである。
第５の効果は、記憶部に予め登録する制御情報に応じて、入力レベルに対するＬＤ励起レベルを、様々な制御方法（例示：利得一定制御、出力一定制御、利得一定且つ出力一定制御）で制御できることである。
第６の効果は、第５の効果における様々な制御方法に対応する制御情報を記憶部に登録し、外部からの指令によって切り替えることにより、制御方法を自由に切り替えることのできる制御回路が実現されることである。
第７の効果は、多波長の光信号に対する光アンプとして適用できることである。
第８の効果は、信号の変調方式や、ビットレートによらず、信号を増幅できることである。

本実施の形態においてはＥＤＦを例として説明したが、他の希土類添加光ファイバ、例えばネオジウム添加光ファイバでも、上記の効果が達成される。

図３は、実施の第２形態に係る光アンプを示す。本実施の形態における光アンプはＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）６０を備える。光アンプ６０は、実施の第１形態における光カプラ１０と光カプラ１１とを接続する光ファイバＦ１に介設される。制御回路５０は、ＬＤ３０を制御する制御プログラムと制御情報とは別に予め記憶しているＶＯＡ制御プログラムとＶＯＡ制御情報により、ＰＤ２０から入力する電気信号に基づいてＶＯＡ制御信号を生成してＶＯＡを制御する。ＶＯＡ６０は、入力光信号から抽出された光信号のみに基づいて制御される。

ＶＯＡ制御プログラムとＶＯＡ制御情報とにより、ＶＯＡ６０はＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御される。ＬＤ３０はＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御される。こうした制御により、ＶＯＡ６０に入力した信号光は出力一定制御となるように調整され、光カプラ１１でＬＤ３０と合波されて、ＥＤＦ４０で利得一定制御となるように増幅されて出力される。

図４は、実施の第３形態に係る光アンプを示す。実施の第３形態においては、実施の第２形態におけるＶＯＡ６０の位置がＥＤＦ４０の出力側の位置に変更されている。入力側光ファイバＩＮから入力する光信号は、光カプラ１０で分岐され、光カプラ１１とＰＤ２０に供給される。制御回路は、ＰＤ２０に分岐された入力信号のレベルをモニタし、予め記憶しているテーブルを参照して、ＶＯＡ６０をＡＬＣ制御、ＬＤ３０をＡＧＣ制御する。ＶＯＡ６０は、実施の第２形態と同様に、入力光信号から抽出された光信号のみに基づいて制御される。この制御により、光カプラ１１に入力した信号は、光カプラ１１でＬＤ３０と合波され、ＥＤＦ４０で利得一定制御により増幅され、ＶＯＡ６０で出力一定制御により調整されて出力される。

図５は、実施の第４形態に係る光アンプを示す。本実施の形態における光アンプは、実施の第１形態における光アンプに比べて、ＥＤＦ４０の出力側光ファイバＯＵＴの光信号の反射波の一部を抽出する光カプラ１３が接続されている。抽出された反射波を用いて、ＬＤ３０の経年劣化等による特性の変化を補償することができる。

本実施の形態における光アンプのＥＤＦ４０に対して入力側の光経路の機器構成及び光デバイスの制御は、実施の第１形態と同様である。ＥＤＦ４０の出力側に、光カプラ１３が接続される。光カプラ１３は、ＥＤＦ４０から出力される光信号と光ファイバＦ５から出力される信号を合波して出力側光ファイバＯＵＴに出力する。

光ファイバＦ５の光カプラ１３と反対側の端子に、ＰＤ２２が接続される。ＰＤ２２は、光カプラ１３によって出力側光ファイバＯＵＴの反射光から抽出され光ファイバＦ５を伝送する光信号を電気信号に変換して、制御回路５０の特性モニタ部７０に送信する。

光アンプは、正常に動作しているときは、ＥＤＦ４０によって自動利得制御が行われるようにＬＤ３０の励起レーザー光が制御される。しかし、ＬＤ３０の経年劣化（ＬＤの制御値が同一であっても経年劣化により出力レベルが減少する問題）によって、自動利得制御における利得が設定値よりも低下することがある。その場合、ＥＤＦ４０からの光信号の出力レベルが低下する。

このような場合、制御回路５０は、出力光に基づいてＬＤ３０を制御するためのテーブルを較正する。具体的には、制御回路５０の特性モニタ部７０は、ＰＤ２２から受信した電気信号に基づいて光アンプの特性の変化を示す特性データを生成することにより、出力光信号をモニタする。特性モニタ部７０がその特性データに基づいて出力光のレベルが所定の基準を下回っていると判定すると、制御回路５０の較正部７１は、予めプログラムによって規定された手順に従って、予め用意されたテーブル（実施の第１形態において説明した制御情報）を書き換えることによって、ＥＤＦ４０の出力レベルが設定した利得で自動利得制御されるように、ＬＤ３０の制御を調整する。

本実施の形態において、ＥＤＦ４０の出力側の光信号は、経年劣化などの比較的長期間における光アンプの特性の変化を較正するためにのみ用いられる。ＬＤ３０の励起レーザー光のリアルタイムな制御は、出力側の光信号を用いる必要はなく、ＰＤ２０が生成する電気信号にのみ基づいて実行することが可能である。

図６は、実施の第５形態における光アンプを示す。本実施の形態における光アンプは、実施の第４形態に比べて、ＥＤＦ４０と光カプラ１３とを接続する光ファイバにＶＯＡ６０が介設されている。制御回路５０の特性モニタ部７０は、ＰＤ２２の出力する電気信号をモニタして、ＥＤＦ４０の設定された自動利得制御からのズレが所定の基準を上回っているか否かを判断する。ズレが所定の基準を上回っていると判断すると、較正部７１は、ＶＯＡ６０に制御信号を送信し、ＶＯＡ６０の出力信号レベルを調整して、出力レベルの精度の向上を図る。

図７は、光アンプが適用される光通信ネットワークを示す。光通信ネットワークは、互いに長距離光ケーブルＬ１〜Ｌ３によって接続された部分ネットワークＮ１〜Ｎ３を含む。実施の第１〜第５形態に示された構成を備えた光アンプＡ１〜Ａ３は、長距離光ケーブルＬ１〜Ｌ３に設置される。光アンプＡ１〜Ａ３は構成が簡単であるため、信頼性の高い光通信ネットワークを安価に構築することができる。

図１は、実施の第１形態に係る光アンプの構成を示す。 図２は、実施の第１形態の変形例に係る光アンプの構成を示す。 図３は、実施の第２形態の変形例に係る光アンプの構成を示す。 図４は、実施の第３形態の変形例に係る光アンプの構成を示す。 図５は、実施の第４形態の変形例に係る光アンプの構成を示す。 図６は、実施の第５形態の変形例に係る光アンプの構成を示す。 図７は、光通信ネットワークを示す。

符号の説明

１０…光カプラ
１１…光カプラ
１２…光カプラ
１３…光カプラ
２０…ＰＤ（フォトダイオード）
３０…ＬＤ（レーザーダイオード）
３１…ＬＤ（レーザーダイオード）
４０…ＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）
５０…制御回路
６０…ＶＯＡ（可変光減衰器）
７０…特性モニタ部
７１…較正部

Claims (14)

1. 入力側光ファイバ上の第１ノードから光信号を抽出する抽出部と、
   第２ノードから供給された励起光によって前記入力側光ファイバから入力した光信号を増幅して出力側光ファイバに出力する希土類添加光ファイバ増幅器と、
   前記抽出部によって抽出された光信号に基づいて前記励起光を制御する制御部と、
   前記出力側光ファイバの反射光のレベルを監視する監視部と、
   前記抽出部によって抽出された光信号と前記反射光のレベルとに基づいて、光アンプの特性の変化を示す特性データを生成する特性モニタ部と
   を具備し、
   前記励起光は、前記出力側光ファイバの光信号にリアルタイムに応答する制御が行われない
   光アンプ。
2. 請求項１に記載された光アンプであって、
   更に、前記入力側光ファイバの光信号に対応する信号レベルと前記励起光の励起レベルとの対応関係を記憶する記憶部を具備し、
   前記制御部は、前記記憶部を参照して、前記入力側光ファイバから抽出された光信号に対応する前記励起レベルに基づいて前記励起光を制御し、
   更に、前記特性データに基づいて、前記記憶部の前記対応関係の更新を行う較正部
   を具備する光アンプ。
3. 請求項２に記載された光アンプであって、
   前記較正部は、前記光アンプが自動利得制御されるように予め前記記憶部に格納された手順に従って前記更新を行う
   光アンプ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された光アンプであって、
   更に、前記入力側光ファイバ上の前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続される可変光減衰器
   を具備し、
   前記制御部は、前記第１ノードから抽出した入力光のみに基づいて前記可変光減衰器を制御する
   光アンプ。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載された光アンプであって、
   更に、前記出力側光ファイバに設置され、前記希土類添加光ファイバ増幅器の出力光を制御する可変光減衰器
   を具備し、
   前記制御部は、前記第１ノードから抽出した入力光のみに基づいて前記可変光減衰器を制御する
   光アンプ。
6. 入力側光ファイバ上の第１ノードから光信号を抽出する抽出部と、
   第２ノードから供給された励起光によって前記入力側光ファイバから入力した光信号を増幅して出力側光ファイバに出力する希土類添加光ファイバ増幅器の前記励起光を、前記抽出部によって抽出された光信号に基づいて制御する制御部と、
   前記出力側光ファイバの反射光のレベルを監視する監視部と、
   前記抽出光信号と前記反射光のレベルとに基づいて、光アンプの特性の変化を示す特性データを生成する特性モニタ部と
   を具備し、
   前記励起光は、前記出力側光ファイバの光信号にリアルタイムに応答する制御が行われない
   光アンプの制御装置。
7. 入力側光ファイバの光信号に対応する信号レベルと前記励起光の励起レベルとの対応関係を記憶する記憶部と、
   第２ノードから供給された励起光によって前記入力側光ファイバから入力した光信号を増幅して出力側光ファイバに出力する希土類添加光ファイバ増幅器の前記励起光を、前記入力側光ファイバ上の第１ノードから抽出された光信号と前記対応関係のみ基づいて制御する制御部と、
   前記出力側光ファイバの反射光のレベルを監視する監視部と、
   前記第１ノードから抽出された光信号と前記反射光のレベルとに基づいて、光アンプの特性の変化を示す特性データを生成する特性モニタ部と
   を具備する
   光アンプの制御回路。
8. 光信号の通信媒体である光ファイバネットワークと、
   前記光ファイバネットワークにより伝送される光信号を増幅する光アンプと
   を具備し、
   前記光アンプは、
   入力側光ファイバ上の第１ノードから光信号を抽出する抽出部と、
   第２ノードから供給された励起光によって前記入力側光ファイバから入力した光信号を増幅して出力側光ファイバに出力する希土類添加光ファイバ増幅器と、
   前記抽出部によって抽出された光信号に基づいて前記励起光を制御する制御部と、
   前記出力側光ファイバの反射光のレベルを監視する監視部と、
   前記抽出部によって抽出された光信号と前記反射光のレベルとに基づいて、前記光アンプの特性の変化を示す特性データを生成する特性モニタ部と
   を具備し、
   前記励起光は、前記出力側光ファイバの光信号にリアルタイムに応答する制御が行われない
   光通信ネットワーク。
9. 入力側光ファイバ上の第１ノードから光信号を抽出するステップと、
   第２ノードから励起光を供給された希土類添加光ファイバによって前記入力側光ファイバから入力した光信号を増幅して出力側光ファイバに出力するステップと、
   前記第１ノードから抽出された光信号に基づいて前記励起光を制御する制御ステップ
   と、
   前記出力側光ファイバの反射光のレベルを監視するステップと、
   前記第１ノードから抽出された光信号と前記反射光のレベルとに基づいて、前記希土類添加光ファイバにおける特性の変化を示す特性データを生成するステップと
   を具備し、
   前記希土類添加光ファイバには、前記出力側光ファイバの光信号にリアルタイムに応答した励起光が供給されない
   光アンプの制御方法。
10. 請求項９に記載された光アンプの制御方法であって、
    更に、予め設定された前記入力側光ファイバの光信号に対応する信号レベルと前記励起光の励起レベルとの対応関係を予め設定するステップ
    を具備し、
    前記制御ステップにおいて、前記励起光は、前記対応関係において前記入力側光ファイバから抽出された光信号に対応する前記励起レベルに基づいて制御され、
    更に、前記特性データに基づいて、前記対応関係の更新を行うステップ
    を具備する光アンプの制御方法。
11. 請求項１０に記載された光アンプの制御方法であって、
    前記更新は、前記光アンプが自動利得制御されるように予め設定された手順に従って行われる
    光アンプの制御方法。
12. 請求項９から１１のいずれか１項に記載された光アンプの制御方法であって、
    更に、前記入力側光ファイバ上の前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続される可変光減衰器を、前記第１ノードから抽出した入力光のみに基づいて制御するステップを具備する
    光アンプの制御方法。
13. 請求項９から１１のいずれか１項に記載された光アンプの制御方法であって、
    更に、前記出力側光ファイバに設置され前記希土類添加光ファイバ増幅器の出力光を制御する可変光減衰器を、前記第１ノードから抽出した入力光のみに基づいて制御するステップを具備する
    光アンプの制御方法。
14. 入力側光ファイバ上の第１ノードから光信号を抽出するステップと、
    第２ノードから励起光を供給された希土類添加光ファイバによって前記入力側光ファイバから入力した光信号を増幅して出力側光ファイバに出力するステップと、
    前記第１ノードから抽出された光信号に基づいて前記励起光を制御する制御ステップであって、前記励起光が前記出力側光ファイバの光信号にリアルタイムに応答したフィードバック制御されない制御ステップと、
    前記出力側光ファイバの反射光のレベルを監視するステップと、
    前記第１ノードから抽出された光信号と前記反射光のレベルとに基づいて、前記希土類添加光ファイバにおける特性の変化を示す特性データを生成するステップ
    とをコンピュータに実行させる光アンプの制御プログラム。

Images