JP5142024B2 - 光増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅装置とその光増幅方法に関する。

光ファイバ通信は、ポイント−ツ−ポイント（ｐｏｉｎｔ ｔｏ ｐｏｉｎｔ）伝送やメトロ／アクセスネットワークにおける超高速・大容量通信のために必要不可欠な技術のひとつであり、これまで多くの技術が開発されてきた。現在、そして将来の光ファイバ通信を支える技術として、波長分割多重化（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と光増幅装置があげられる。波長分割多重化は、光パルスのスペクトルを周波数軸上で直交させて伝送する方法である。これにより、伝送容量が飛躍的に増大し、周波数利用効率の改善も期待できる。１９９０年のエルビウム添加光ファイバ増幅器の実用化は、ファイバの損失を周期的に補償することを可能とし、その結果伝送距離が大幅に伸びることとなった。この両技術を組み合わせた光増幅装置は帯域内の利得を一定にする機能を有している。

このように複数段の光増幅器からなる光増幅装置では、特開２００４−２９６５８１号公報に示されるように、利得を一定にする制御が行われている。しかしながら、光増幅装置の消費電力の低減は行われていなかった。消費電力には光増幅器の個体ばらつき、および経時変化による変化があり、結果として、その中心値と最小値の差分は増加する傾向にあった。

高速、大容量の通信を実現するためには、光増幅器の台数の増加や各光増幅器の出力の増加、各光増幅器での利得の拡大が必要となる。それに伴い、使用される励起レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）の個数や出力パワーの増加が必要となり、結果として消費電力の増加が問題となる。
特開２００４−２９６５８１号公報

本発明の目的は、全体として消費電力がより少なくなるように制御された光増幅装置と、光増幅方法とを提供することにある。

本発明の例示的な観点による光増幅装置は、シリアルに接続された複数の光増幅部と、
前記複数の光増幅部の各々の利得の初期値を設定する利得制御回路と、前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する消費電力制御回路とを具備する
本発明の他の例示的な観点による光増幅方法は、（ａ）シリアルに接続された複数の光増幅部の各々の利得を設定するステップと、（ｂ）前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定するステップとを具備する。

本発明の他の例示的な観点によるプログラムは、（ａ）シリアルに接続された複数の光増幅部の各々の利得を設定する手順と、（ｂ）前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する手順とをコンピュータに実行させるためのものである。
本発明の他の例示的な観点による光増幅装置用制御装置は、シリアルに接続された複数の光増幅部の各々の利得の初期値を設定する利得制御回路と、前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する消費電力制御回路とを具備する。

上記のように、本発明の例示的観点によれば、複数段の光増幅器を有する光増幅装置は、複数段の光増幅器での対数表現の利得を一定に保ちながら、複数段の光増幅器での消費電力をより少なくすることができる。同様に、本発明の例示的観点によれば、複数段の光増幅器での対数表現の利得を一定に保ちながら、複数段の光増幅器での消費電力がより少なくなるように、複数段の光増幅器が制御される。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による光増幅装置について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態による光増幅装置１００の構成を示している。図１を参照して、光増幅装置１００は、光増幅部１０１，１０２，１０３と、消費電力制御回路１０４と、利得制御回路１０５を備えている。光増幅部１０１は、複数の光増幅段２０１−１，・・・，２０１−ｋを備えている。光増幅部１０２は、複数の光増幅段２０２−１，・・・，２０２−ｌを備えている。光増幅部１０３は、複数の光増幅段２０３−１，・・・，２０３−ｍを備えている。各光増幅段は、１つの光増幅器を備えている。しかしながら、本発明では、各光増幅部の数は、３つに限られず、その他の数であってもよい。また、各光増幅部は、少なくとも１つの光増幅段を備えていればよい。
図１では、光増幅部１０１と２０２の間、光増幅部２０２と２０３間には、何も示されていないが、この例では、光増幅部１０１，１０２，１０３は、シリアルに接続されている。シリアルに接続されているとは、直接的に接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。この例では、光増幅部１０１と１０２の間、光増幅部１０２と１０３間には、挿入損失を持つデバイスが挿入されることが想定されている。また、各光増幅部内の光増幅段は、直接シリアルに接続されてもよいし、上記のように、挿入損失を持つデバイスが挿入されてもよい。
利得制御回路１０５は、光増幅装置１００への入力光信号のパワーに基づいて光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の利得を決定し、それらを光増幅部１０１，１０２，１０３に設定する。消費電力制御回路１０４は、光増幅装置１００の対数表現の利得の総和を一定に保ちながら、光増幅装置１００による消費電力が出来るだけ少なくなるように、光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の利得を決定する。
これにより、光増幅器の特性の変化等が発生したとしても、信号ひずみ等を引き起こすことなく適正な利得を維持しながら、消費電力を低減することができる。

次に、図２は、本発明の第２実施形態による光増幅装置１００の構成を示している。図２を参照して、光増幅装置１００は、光増幅部１０１，１０２，１０３と、消費電力制御回路１０４と、利得制御回路１０５を備えている。この構成は、第１実施形態の光増幅装置１００と同様である。光増幅部１０１，１０２，１０３のそれぞれは、この例では1つの光増幅段２０１，２０２，２０３を備えている。各光増幅段は、１つの光増幅器を備えている。
図２では、第１実施形態と同様に、光増幅部１０１と１０２の間、光増幅部１０２と１０３間には、何も示されていないが、この例では、光増幅部１０１，１０２，１０３は、シリアルに接続されている。シリアルに接続されているとは、直接的に接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。この例では、光増幅グループ２０１と２０２の間、光増幅グループ２０２と２０３間には、挿入損失を持つデバイスが挿入されることが想定されている。

利得制御回路１０５は、第１実施形態と同様に、光増幅装置１００への入力光信号のパワーに基づいて光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の利得を決定し、それらを光増幅部１０１，１０２，１０３に設定する。消費電力制御回路１０４は、光増幅装置１００の対数表現の利得の総和を一定に保ちながら、光増幅装置１００による消費電力が出来るだけ少なくなるように、光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の利得を決定する。

次に、光増幅部について説明する。この例では、光増幅部１０１，１０２，１０３の光増幅段は同一の構成を有している。従って、光増幅部１０１の光増幅段２０１の構成のみを説明する。
光増幅部１０１は、入力光信号の伝送パスに沿って、光入力部１１、合成分波器１８−１、光増幅器、合成分波器１８−２、光出力部１２を備えている。光増幅器は、例えば、励起レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１３、合成分波器１８−３、エルビウム・ドープ・ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）のような光増幅用ファイバ１０を備えている。光増幅部１０１は、更に、合成分波器１８−１に光学的に接続された受光素子１４、合成分波器１８−２に光学的に接続された受光素子１５、制御回路１６、電流源１７を備えている。

光入力部１１に入力される光信号は、分波器１８−１により分岐される。分岐された入力光信号の一部は、受光素子１４に供給され、受光素子１４により電気信号に変換されて、制御回路１６と利得制御回路１０５に供給される。こうして制御回路１６は、光入力部１１に入力される光信号のパワーを知ることができる。利得制御回路１０５は、受光素子１４からの入力光信号のパワーに基づいて、光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の利得（初期値）を決定し、制御回路１６，２６，３６に設定する。制御回路１６は、設定された利得に基づいて、所定の値の電流を供給するように電流源１７を制御する。電流源１７から供給される電流は励起レーザダイオード１３に送られる。このとき、電流源１７から出力される電流の値は、消費電力制御回路１０４に出力される。消費電力制御回路１０４は、電流源１７からの電流値に基づいて光増幅部１０１の消費電力を決定する。励起レーザダイオード１３は、電流源１７からの電流に基づいて励起光信号を出力し、合成分波器１８−３に供給する。合成分波器１８−３は、分波器１８−１を通過した光信号と励起光信号を合成して、光増幅用ファイバ１０に供給する。こうして、光信号が光増幅用ファイバ１０に入力される際には、励起レーザダイオード１３からの励起光が光増幅用ファイバ１０に供給されており、光増幅用ファイバ１０は励起されている。この場合、励起レーザダイオード１３は、前方励起として機能する。
この例では、電流値が電流源１７から消費電力制御回路１０４に知らせているが、制御回路１６は、予めその電流値を知っているので、制御回路１６から電流値を消費電力制御回路１０４に知らせてもよい。

光増幅用ファイバ１０は入力光信号を、設定された利得で増幅して出力する。具体的には、励起レーザダイオード１３からの励起光により励起された電子からのエネルギー放出を用いて入力光信号を増幅して出力する。光増幅用ファイバ１０から出力される光信号の一部は分波器１８−２により分岐され、受光素子１５に供給される。受光素子１５は、供給される光信号を電気信号に変換して、制御回路１６に出力する。

制御回路１６は、受光素子１４からの入力パワーと受光素子１５からの出力パワーの比が、設定された利得に対応するように、光増幅部１０１の光増幅器の対数表現の利得、即ち電流源１７の電流値を制御する。このとき光増幅部１０１の利得が想定している利得よりも低い場合には電流源１７から励起レーザダイオード１３に供給される電流が増加させられ、低い場合には電流源１７から励起レーザダイオード１３に供給される電流を減少させられる。必要な利得増加量及び減少量は入力光信号の入力パワーに依存するので、受光素子１４により検出された入力パワーに応じて制御回路１６は電流源１７を制御して励起レーザダイオード１３に供給される電流値を制御する。

消費電力制御回路１０４は、光増幅部１０１，１０２，１０３の対数表現の利得の総和を一定にたもちながら、光増幅装置１００の消費電力の総和が出来るだけ少なくなるように、制御を行う。このとき、消費電力制御回路１０４は、光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の対数表現の利得を決定する。その過程において、消費電力制御回路１０４は、光増幅部の利得調整指示を出力する。制御回路１６は、利得調整指示に応答して、光増幅部１０１の対数表現の利得をΔＧだけ増減する。

光増幅部１０２は、光増幅用ファイバ２０、光入力部２１、光出力部２２、励起レーザダイオード（ＬＤ）２３、受光素子２４、２５、制御回路２６、電流源２７、合成分波器２８−１、２８−２、２８−３を備えている。光増幅部１０３は、光増幅用ファイバ３０、光入力部３１、光出力部３２、励起レーザダイオード（ＬＤ）３３、受光素子３４、３５、制御回路３６、電流源３７、合成分波器３８−１、３８−２、３８−３を備えている。光増幅部１０２、１０３の構成と動作は、上述の光増幅部１０１と同様である。従って、説明は省略する。

消費電力制御回路１０４は、光増幅部１０１，１０２，１０３の制御回路１６，２６，３６を制御する。この際に、光増幅部１０１，１０２，１０３の対数表現の利得の総和を一定とするように制御が行われれば、多段光増幅装置１００の利得波長特性は変化しない。この性質を利用して、電流源１７，２７，３７の電流値に基づいて光増幅部１０１,１０２,１０３における消費電力を測定し、総消費電力が出来るだけ少なくなるように各段の対数表現の利得を調整することで、全体としての消費電力の増加を抑圧する。この際に対数表現の利得の総和は一定に保つ必要があるので、光増幅部１０１の対数表現の利得を増加させる場合には光増幅部１０２もしくは１０３の対数表現の利得を減少させる必要があり、光増幅部１０１の対数表現の利得を減少させる場合には光増幅部１０２もしくは１０３の対数表現の利得を増加させる必要がある。この前後での総消費電力を比較して総消費電力がより小さくなるように、光増幅部１０１，１０２，１０３の対数表現の利得配分が設定される。
尚、光増幅部１０１，１０２，１０３の利得が積で表現されるときには、光増幅部１０１，１０２，１０３の各々の利得と光増幅装置１００の総合利得とは線形な関係で無いので利得の制御は複雑になるが、光増幅装置１００の総合利得の対数を求めることにより、光増幅部１０１，１０２，１０３の利得との関係は線形となり、処理が容易になる。

続いて、本発明の一実施形態による多段光増幅装置１００の消費電力制御動作について説明する。

図３において、利得一定制御光増幅装置１００の動作について述べる。光増幅部１０１の対数表現の利得をＧ_１１としてその際の消費電力をＰ_１１、光増幅部１０２の対数表現の利得をＧ_２１としてその際の消費電力をＰ_２１、光増幅部１０３の対数表現の利得をＧ_３１としてその際の消費電力をＰ_３１とする。光増幅部１０１と１０２間の損失をＬ_１２、光増幅部１０２と１０３間の損失をＬ_２３とすると多段光増幅装置１００としての対数表現の利得Ｇ_１はＧ_１=Ｇ_１１-Ｌ_１２+Ｇ_２１-Ｌ_２３+Ｇ_３１となる。その際の総消費電力Ｐ_１はＰ_１=Ｐ_１１+Ｐ_２１+Ｐ_３１となる。今、利得Ｇ_１１をΔＧだけ増加させた場合の利得をＧ_１２とするとＧ_１２=Ｇ_１１+ΔＧとなり、その際の消費電力をＰ_１２とする。この時、利得Ｇ_２１をΔＧだけ減少させた場合の利得をＧ_２２とするとＧ_２２=Ｇ_２１-ΔＧとなり、その際の消費電力をＰ_２２とする。この時の多段光増幅装置１００の対数表現の利得Ｇ_２はＧ_２= Ｇ_１１+ΔＧ-Ｌ_１２+Ｇ_２１-ΔＧ-Ｌ_２３+Ｇ_３１=Ｇ_１となり、その際の総消費電力Ｐ_２はＰ_２=Ｐ_１２+Ｐ_２２+Ｐ_３１となる。ここでＰ_１とＰ_２を比較した場合にＰ_１＞＝Ｐ_２であれば、より消費電力の少ない状態が光増幅部１０１の対数表現の利得が大きいときに存在することになり、光増幅部１０１の利得をＧ_１２に変更し、同時に光増幅部１０２の利得をＧ_２２に変更する。一方、Ｐ_１＜Ｐ_２であれば、より消費電力の少ない状態が光増幅部１０１の対数表現の利得が小さいときに存在することになり、光増幅部１の利得をＧ_１１に戻し、同時に光増幅部１０２の利得をＧ_２１に戻す。光増幅部１０２と光増幅部１０３でも、光増幅部１０１と光増幅部１０３でも同様の処理を行う。

以下に動作を詳述する。
ステップＳ２において、シリアルに多段接続された光増幅部１０１，１０２，１０３の先頭段の受光素子１４から、入力光信号のパワーが利得制御回路１０５に供給される。利得制御回路１０５は、受光素子１４からの入力光信号のパワーに基づいて、光増幅部１０１，１０２，１０３の対数表現の利得Ｇ_１ｎ，Ｇ_２ｎ，Ｇ_３ｎを決定し、決定された利得をそれぞれ制御回路１６，２６，３６に設定する。こうして、光増幅部１０１，１０２，１０３の利得の初期値がＧ_１ｎ，Ｇ_２ｎ，Ｇ_３ｎに夫々設定される。ここで、添え字ｎは、何時の値であるかを示すために追加されている。制御回路１６，２６，３６は、利得Ｇ_１ｎ，Ｇ_２ｎ，Ｇ_３ｎに基づいて電流源１７，２７，３７を制御し、その結果、励起レーザダイオード１３，２３，３３からの励起光が光増幅用ファイバ１０，２０，３０に供給される。これにより、光入力部１１，２１，３１に供給された光信号は、光増幅されて光出力部１２，２２，３２から出力される。

ステップＳ４では、消費電力制御回路１０４は、電流源１７，２７，３７から電流値を受信して光増幅部１０１，１０２，１０３の消費電力を測定し、それらの総和を前回消費電力Ｐ_ｎとして決定する。

続いて、ステップＳ６では、消費電力制御回路１０４は、制御回路１６に利得調整指示を出力する。この利得調整指示に応答して、光増幅部１０１の利得はΔＧだけ増加させられて対数表現の現在利得Ｇ_{１（ｎ＋１）}（＝Ｇ_１ｎ＋ΔＧ）となる。ΔＧが正の値を持つときは、これにより現在利得は前回利得より増加することになる。一方、ΔＧが負の値を持つときは、これにより現在利得は前回利得より減少させられることになる。今回の場合は、光増幅部１０１の利得をΔＧだけ増加させたので、系全体の利得を一定に保つために、消費電力制御回路１０４は、制御回路１６に利得調整指示を出力する。この利得調整指示に応答して光増幅部１０２の利得はΔＧだけ減少させられる。従って、光増幅部１０２の対数表現の現在利得は、Ｇ_{２（ｎ＋１）}（＝Ｇ_２ｎ−ΔＧ）となる。このとき、光増幅部１０３の利得は変わらずＧ_{３（ｎ＋１）}（＝Ｇ_３ｎ）のままである。

その後、ステップＳ８では、消費電力制御回路１０４は、電流源１７，２７，３７から電流値を受信して利得変更後の多段光増幅装置１００の光増幅部１０１，１０２，１０３の消費電力を測定し、それらの総和を現在消費電力Ｐ_ｎ＋１として決定する。続いて、消費電力制御回路１０４は、前回消費電力Ｐ_ｎと現在消費電力Ｐ_ｎ＋１とを比較する。

比較の結果、Ｐ_ｎ＞＝Ｐ_ｎ＋１ならば、即ち現在消費電力が前回消費電力の同等以下であり、更に消費電力が少なくなる利得の組があるものと判断する。その結果、ステップＳ１０で現在利得を前回利得として設定する。即ち、Ｇ_１ｎ（＝Ｇ_{１（ｎ＋１）}）、Ｇ_２ｎ（＝Ｇ_{２（ｎ＋１）}）、Ｇ_３ｎ（＝Ｇ_{３（ｎ＋１）}）が設定される。その後、制御フローはステップＳ４に戻り、ステップＳ６、ステップＳ８の処理を繰り返す。

比較の結果、Ｐ_ｎ＜Ｐ_ｎ＋１ならば、この例では、これ以上光増幅部１０１の利得を増やしても消費電力は減少しないので、ステップＳ１２で光増幅部１０１と１０２の現在利得Ｇ_{１（ｎ＋１）}とＧ_{２（ｎ＋１）}は前回利得Ｇ_１ｎ，Ｇ_２ｎに戻される。これにより、光増幅部１０１の利得を増加させたときに消費電力が少なくなる利得の組が決定される。
尚、ステップＳ１０を実行することなく、Ｐ_ｎ＜Ｐ_ｎ＋１と判定されたときには、現在の利得より少ない以上光増幅部１０１の利得において消費電力が少なくことを示している。そのため、この例の処理では、利得を減少させる処理は行われず、後でその処理が行われる。

次に、ステップＳ１４では、消費電力制御回路１０４は、電流源１７，２７，３７の電流値を受信して多段光増幅装置１００の消費電力を測定し、それらの総和を前回消費電力Ｐ_ｎとして決定する。

続いて、ステップＳ１６では、消費電力制御回路１０４は、制御回路２６に利得調整指示を出力する。この利得調整指示に応答して、光増幅部１０２の利得はΔＧだけ増加させられて対数表現の現在利得Ｇ_{２（ｎ＋１）}（＝Ｇ_２ｎ＋ΔＧ）となる。ΔＧが正の値を持つときは、これにより現在利得は前回利得より増加することになる。一方、ΔＧが負の値を持つときは、これにより現在利得は前回利得より減少することになる。今回の場合は、光増幅部１０２の利得をΔＧだけ増加させたので、系全体の利得を一定に保つために、消費電力制御回路１０４は、制御回路２６に利得調整指示を出力する。この利得調整指示に応答して、光増幅部１０３の利得はΔＧだけ減少させられる。従って、光増幅部１０３の対数表現の現在利得は、Ｇ_{３（ｎ＋１）}（＝Ｇ_３ｎ−ΔＧ）となる。このとき、光増幅部１０１の利得は変わらずＧ_{１（ｎ＋１）}（＝Ｇ_１ｎ）である。

その後、ステップＳ１８では、消費電力制御回路１０４は、電流源１７，２７，３７の電流値を受信して利得変更後の多段光増幅装置１００の消費電力を測定し、それらの総和を現在消費電力Ｐ_ｎ＋１として決定する。続いて、消費電力制御回路１０４は、前回消費電力Ｐ_ｎと現在消費電力Ｐ_ｎ＋１とを比較する。

比較の結果、Ｐ_ｎ＞＝Ｐ_ｎ＋１ならば、即ち現在消費電力が前回消費電力の同等以下であれば、更に消費電力が少なくなる利得の組があるものと判断する。その結果、ステップＳ２０で現在値を前回値として設定する。即ち、Ｇ_１ｎ（＝Ｇ_{１（ｎ＋１）}）、Ｇ_２ｎ（＝Ｇ_{２（ｎ＋１）}）、Ｇ_３ｎ（＝Ｇ_{３（ｎ＋１）}）が設定される。その後、制御フローはステップＳ１４に戻り、ステップＳ１６、ステップＳ１８の処理を繰り返す。

比較の結果、Ｐ_ｎ＜Ｐ_ｎ＋１ならば、この例では、これ以上光増幅部１０２の利得を増やしても消費電力は減少しないので、ステップＳ２２で光増幅部１０２，１０３の現在利得Ｇ_{２（ｎ＋１）}とＧ_{３（ｎ＋１）}は前回利得Ｇ_２ｎ，Ｇ_３ｎに戻される。これにより、光増幅部１０１の利得を増加させたときに消費電力が少なくなる利得の組が決定される。
尚、ステップＳ２０を実行することなく、Ｐ_ｎ＜Ｐ_ｎ＋１と判定されたときには、現在の利得より少ない以上光増幅部１０２の利得において消費電力が少なくことを示している。そのため、この例の処理では、利得を減少させる処理は行われず、後でその処理が行われる。

次に、ステップＳ２４では、消費電力制御回路１０４は、電流源１７，２７，３７の電流値を受信して多段光増幅装置１００の消費電力を測定し、それらの総和を前回消費電力Ｐ_ｎとして決定する。

続いて、ステップＳ２６では、消費電力制御回路１０４は、制御回路３６に利得調整指示を出力する。この利得調整指示に応答して、光増幅部１０３の利得はΔＧだけ増加させられて対数表現の現在利得Ｇ_{３（ｎ＋１）}（＝Ｇ_３ｎ＋ΔＧ）とする。ΔＧが正の値を持つときは、これにより現在利得は前回利得より増加することになる。一方、ΔＧが負の値を持つときは、これにより現在利得は前回利得より減少することになる。今回の場合は、光増幅部１０３の利得をΔＧだけ増加させたので、系全体の利得を一定に保つために、消費電力制御回路１０４は、制御回路１６に利得調整指示を出力する。この利得調整指示に応答して、光増幅部１０１の利得をΔＧだけ減少させられる。従って、光増幅部１０１の対数表現の現在利得は、Ｇ_{１（ｎ＋１）}（＝Ｇ_１ｎ−ΔＧ）となる。このとき、光増幅部１０２の利得は変わらずＧ_{２（ｎ＋１）}（＝Ｇ_２ｎ）のままである。

その後、ステップＳ２８では、消費電力制御回路１０４は、電流源１７，２７，３７の電流値を受信して利得変更後の多段光増幅装置１００の消費電力を測定し、それらの総和を現在消費電力Ｐ_ｎ＋１として決定する。続いて、消費電力制御回路１０４は、前回消費電力Ｐ_ｎと現在消費電力Ｐ_ｎ＋１とを比較する。

比較の結果、Ｐ_ｎ＞＝Ｐ_ｎ＋１ならば、即ち現在消費電力が前回消費電力の同等以下であれば、更に消費電力が少なくなる利得の組があるものと判断する。その結果、ステップＳ３０で現在値を前回値として設定する。即ち、Ｇ_１ｎ（＝Ｇ_{１（ｎ＋１）}）、Ｇ_２ｎ（＝Ｇ_{２（ｎ＋１）}）、Ｇ_３ｎ（＝Ｇ_{３（ｎ＋１）}）が設定される。その後、制御フローはステップＳ２４に戻り、ステップＳ２６、ステップＳ２８の処理を繰り返す。

比較の結果、Ｐ_ｎ＜Ｐ_ｎ＋１ならば、この例では、これ以上光増幅部１０２の利得を増やしても消費電力は減少しないので、ステップＳ３２で光増幅部１０３，１０１の現在利得Ｇ_{３（ｎ＋１）}とＧ_{１（ｎ＋１）}は前回利得Ｇ_３ｎ，Ｇ_１ｎに戻される。これにより、光増幅部１０１の利得を増加させたときに消費電力が少なくなる利得の組が決定される。
尚、ステップＳ３０を実行することなく、Ｐ_ｎ＜Ｐ_ｎ＋１と判定されたときには、現在の利得より少ない以上光増幅部１０２の利得において消費電力が少なくことを示している。そのため、この例の処理では、利得を減少させる処理は行われず、後でその処理が行われる。

続いて、ステップＳ３４では、ΔＧの符号が反転される。即ち、正値ΔＧから負値ΔＧに、あるいは負値ΔＧから正値ΔＧに反転される。続いて、ステップＳ３２で設定された利得値Ｇ_１ｎ，Ｇ_２ｎ，Ｇ_３ｎは制御回路１６，２６，３６に夫々供給される。制御回路１６，２６，３６は、利得値Ｇ_１ｎ，Ｇ_２ｎ，Ｇ_３ｎに基づいて電流源１７，２７，３７を制御し、その結果励起レーザダイオード１３，２３，３３からの励起光が光増幅部１０１，１０２，１０３の光増幅器に供給される。これにより、光入力部１１，２１，３１に供給された光信号は、光増幅されて光出力部１２，２２，３２から出力される。その後、ステップＳ４が実行され、上述と同様の処理が繰り返される。

ステップＳ４からステップＳ３２までの前回の処理では、ΔＧを増加させる方向で、消費電力が少なくなる点が調べられたが、今回は、ΔＧを減少させる方向で、消費電力が少なくなる点が調べられる。
ΔＧは正値であるときには、ステップＳ４からＳ３２の前回の処理で利得が増える方向で、消費電力がより少なくなる利得が決定されたが、ΔＧが負値であるときには、ステップＳ４からＳ３２の処理で利得が減少する方向で、消費電力がより少なくなる利得が決定される。

こうして、消費電力が少なくなる光増幅部１０１，１０２，１０３の利得の組が決定される。しかしながら、実際の多段光増幅装置１００の運用では、入力光信号のレベル等の条件、増幅器１００の動作温度等の環境により、動的に利得を調整する必要がある場合も多い。従って、消費電力制御回路１０４は、図２に示される処理を循環的に時間的に連続して実行する。即ち、ステップＳ４からＳ３２の処理がステップＳ３４でΔＧの値の符号を反転しながら、繰り返し実行される。これにより、内的要因や外的要因で光増幅部内に状態変化が発生した際にも消費電力をより少なく保つことができる。

例えば、励起レーザダイオード１３，２３，３３の経年劣化により、多段光増幅装置１００において利得を保つ為に必要な消費電力は常に変化している。本機能を有することで経年劣化によって各光増幅部における消費電力が変化した場合にも常に多段光増幅装置１００としての総消費電力を最少にすることが可能である。例えば、損失Ｌ_１２、Ｌ_２３が変化した場合に同じ利得を設定する為に必要な消費電力は変化する。本機能を有することで損失Ｌ_１２、Ｌ_２３が変化した場合にも常に多段光増幅装置１００としての総消費電力を最少化することが可能である。

以上説明したように、光増幅装置では、各段の利得が固定され外的な要因（入力パワーや波長数の変動）或いは内的な要因（例えば個体ばらつきや制御誤差）によって各段での消費電力が変化してしまうので、全体としての消費電力が常に変化してしまうが、利得一定制御の本発明の光増幅装置の場合、無駄に消費電力が増加することを抑えることが可能である。

上記の消費電力をより少なく保つための制御では、利得を増加させる方向に調整しながら、全ての光増幅部に渡って利得が決定され、続いて利得を減少させる方向に調整しながら、全ての光増幅部に渡って利得が決定されている。しかしながら、光増幅部ごとに、利得を増加させ、続いて減少させてその光増幅部の利得が決定されても良いことは、当業者にはあきらかであろう。

以上、図面を参照して、本発明の実施形態を説明したが、種々の変形例が可能である。たとえば、図２に示される構成では、単一の励起レーザダイオードは前方励起であるが、図４に示されるように複数の励起レーザダイオードが使用されてもよい。複数の励起レーザダイオードからの励起光は、合成分波器１８−５により合波され、その後合成分波器１８−３に供給されてもよい。この場合には、励起光率を向上させることができる。また、前方励起ばかりでなく、図５に示されるように、後方励起が採用されてもよい。図５では、複数の励起レーザダイオードが後方励起のために使用されている。複数の励起レーザダイオードからの励起光は、合成分波器１８−６により合波され、その後合成分波器１８−４を介して光増幅ファイバ１０に供給されている。この場合にも、励起光率を向上させることができる。また、図６に示されるように、前方と後方の双方向励起が構成されている。この場合には、図４と図５の両方の効果を有する。

また、図２に示される本発明の実施形態では、励起レーザダイオードは１４８０ｎｍ帯のレーザダイオードであったが、９８０ｎｍ帯のレーザダイオードであってもよい。あるいは、光増幅部が複数の励起レーザダイオードを含む場合、それらは９８０ｎｍ帯のレーザダイオードと１４８０ｎｍ帯のレーザダイオードの両方であってもよい。さらに、図２に示される本発明の実施形態では、光増幅部は、Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバ増幅器を備えていたが、他に、１４６０〜１５１０ｎｍ帯のＴｍ（ツリウム）添加光ファイバ増幅器、１２６０〜１３６０ｎｍ帯のＰｒ（プラセオジム）添加光ファイバ増幅器等であってもよい。そのとき、光ファイバはフッ化物光ファイバであっても、テルライトファイバであってもよい。加えて、広帯域光増幅器としては、ラマン光増幅器であってもよい。ラマン光増幅器は、ファイバガラスの非線形光学効果により信号光を増幅する。更に、光増幅器は、光増幅ファイバを使用しない光半導体増幅器であってもよい。この場合、例えば、光増幅部１０１では、励起レーザダイオード１３、合成分波器１８−３、光増幅用ファイバー１０が光半導体増幅器に置換される。

また、図２に示される本発明の実施形態では、３つの光増幅部を有する光増幅装置であったが、２つや４つ段、またはそれ以上の数の光増幅部を有する光増幅装置であってもよい。また、図２に示される本発明の実施形態では、消費電力として、励起レーザダイオードを駆動するための電力を使用したが、電力を消費する回路全体を含めたときの電力を用いてもよい。

以上、本発明を実施形態、変形例を用いて説明したが、これらは本発明を説明するためにだけ用いられるものであり、本発明の範囲を制限するものではないことは当業者には明らかであろう。

図１は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第２実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第２実施形態による光増幅装置において、消費電力をより少なくするための動作を示すためのフローチャートである。 図４は、前方励起の変形例を示す図である。 図５は、後方励起の変形例を示す図である。 図６は、前方と後方の両方の励起を採用する変形例の図である。

符号の説明

１０１，１０２，１０３：光増幅部
１０４：消費電力制御回路
１０５：利得制御回路
１０，２０，３０：光増幅用ファイバ
１１，２１，３１：光入力部
１２，２２，３２：光出力部
１３，２３，３３：励起レーザダイオード
１４、１５，２４，２５，３４，３５：受光素子
１６，２６，３６：制御回路
１７，２７，３７：電流源
１８−１，１８−２，１８−３，２８−１，２８−２，２８−３，３８−１，３８−２，３８−３：分波器

Claims (20)

1. シリアルに接続された複数の光増幅部と、
   前記複数の光増幅部の各々の利得の初期値を設定する利得制御回路と、
   前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する消費電力制御回路と
   を具備する
   光増幅装置。
2. 請求項１に記載の光増幅装置において、
   前記消費電力制御回路は、前記利得調整制御を繰り返し実行する
   光増幅装置。
3. 請求項１又は２に記載の光増幅装置において、
   前記消費電力制御回路は、前記複数の光増幅部のうちの１つを着目光増幅部として設定し、前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を増加させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を減少させる前記利得調整制御を、前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変えながら行い、次に前記複数の光増幅部のうちの１つを着目光増幅部として設定し、前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を減少させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を増加させる前記利得調整制御を、前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変えながら行うことにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する
   光増幅装置。
4. 請求項１又は２に記載の光増幅装置において、
   前記消費電力制御回路は、前記複数の光増幅部のうちの１つを着目光増幅部として設定し、前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を増加させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を減少させ、続いて前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を減少させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を増加させる前記利得調整制御を、前記着目光増幅部に対して実行し、その後前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変えながら行うことにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する
   光増幅装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光増幅装置において、
   前記各光増幅部は、
   前記各光増幅部への入力光信号のパワーを検出する入力光検出器と、
   制御された利得で入力光信号を増幅する少なくとも１つの光増幅器と、
   前記光増幅器から出力される出力光信号のパワーを検出する出力光検出器と、
   前記出力光信号パワーと前記入力光信号パワーに基づいて、前記光増幅器の前記利得を制御する制御回路と
   を具備する
   光増幅装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光増幅装置において、
   前記各光増幅部は、シリアルに接続された複数の光増幅段を備え、
   前記複数の光増幅段の各々は、
   前記各光増幅段への入力光信号のパワーを検出する入力光検出器と、
   制御された利得で入力光信号を増幅する光増幅器と、
   前記光増幅器から出力される出力光信号のパワーを検出する出力光検出器と
   を備え、
   前記各光増幅段は、
   前記出力光信号パワーと前記入力光信号パワーに基づいて、前記光増幅器の前記利得を制御する制御回路を
   更に具備する
   光増幅装置。
7. 請求項５又は６に記載の光増幅装置において、
   前記消費電力制御回路は、前記各光増幅部の利得を制御するために利得調整指示を出力し、
   前記制御回路は、前記利得調整指示に応答して前記各光増幅部の利得を制御する
   光増幅装置。
8. 請求項６又は７に記載の光増幅装置において、
   前記光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器を具備する
   光増幅装置。
9. 請求項８に記載の光増幅装置において、
   前記複数の光増幅部のうちの少なくとも１つの前記光増幅部の前記希土類添加光ファイバ増幅器の種類は、他の光増幅部の前記希土類添加光ファイバ増幅器の種類と異なる
   光増幅装置。
10. 請求項８又は９に記載の光増幅装置において、
    前記各光増幅部は、
    前記光ファイバ増幅器の前方から励起光を発生する励起光発生部を更に具備する
    光増幅装置。
11. 請求項８又は９に記載の光増幅装置において、
    前記各光増幅部は、
    前記増幅器の後方から励起光を発生する励起光発生部を更に具備する
    光増幅装置。
12. （ａ）シリアルに接続された複数の光増幅部の各々の利得を設定するステップと、
    （ｂ）前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定するステップと
    を具備する
    光増幅方法。
13. 請求項１２に記載の光増幅方法において、
    前記利得を決定するステップは、前記複数の光増幅部の対数表現の利得の総和を一定に保ちながら、前記利得調整制御を繰り返し実行して前記複数の光増幅部の消費電力がより少なくなる前記各光増幅部の利得を決定する
    光増幅方法。
14. 請求項１２又は１３に記載の光増幅方法において、
    前記利得を決定するステップは、
    （ｃ）前記複数の光増幅部の１つを着目光増幅部として設定するステップと、
    （ｄ）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を増加させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を減少させるステップと、
    （ｅ）前記（ｄ）ステップを繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる、前記着目光増幅部の対数表現の利得を決定するステップと、
    （ｆ）前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変更しながら、前記（ｃ）〜（ｅ）ステップを実行するステップと、
    （ｇ）前記複数の光増幅部の１つを着目光増幅部として設定するステップと、
    （ｈ）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を減少させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を増加させるステップと、
    （ｉ）前記（ｈ）ステップを繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる、前記着目光増幅部の対数表現の利得を決定するステップと
    （ｊ）前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変更しながら、前記（ｇ）〜（ｉ）ステップを実行するステップと
    を具備する
    光増幅方法。
15. 請求項１２又は１３に記載の光増幅方法において、
    前記利得を決定するステップは、
    （ｃ’）前記複数の光増幅部の１つを着目光増幅部として設定するステップと、
    （ｄ’）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を増加させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を減少させるステップと、
    （ｅ’）前記（ｄ’）ステップを繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる、前記着目光増幅部の対数表現の利得を決定するステップと、
    （ｆ’）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を減少させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を増加させるステップと、
    （ｇ’）前記（ｆ’）ステップを繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる前記着目光増幅部の利得を決定するステップと、
    （ｈ’）前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変更しながら、前記（ｄ’）〜（ｇ’）ステップを実行するステップと
    を具備する
    光増幅方法。
16. （ａ）シリアルに接続された複数の光増幅部の各々の利得を設定する手順と、
    （ｂ）前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する手順と
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
17. 請求項１６に記載のプログラムにおいて、
    前記利得を決定する手順は、前記複数の光増幅部の対数表現の利得の総和を一定に保ちながら、前記利得調整制御を繰り返し実行して前記複数の光増幅部の消費電力がより少なくなる前記各光増幅部の利得を決定する手順を含む
    プログラム。
18. 請求項１６又は１７に記載のプログラムにおいて、
    前記利得を決定する手順は、
    （ｃ）前記複数の光増幅部の１つを着目光増幅部として設定する手順と、
    （ｄ）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を増加させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を減少させる手順と、
    （ｅ）前記（ｄ）手順を繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる、前記着目光増幅部の対数表現の利得を決定する手順と、
    （ｆ）前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変更しながら、前記（ｃ）〜（ｅ）手順を実行する手順と、
    （ｇ）前記複数の光増幅部の１つを着目光増幅部として設定する手順と、
    （ｈ）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を減少させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を増加させる手順と、
    （ｉ）前記（ｈ）手順を繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる、前記着目光増幅部の対数表現の利得を決定する手順と
    （ｊ）前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変更しながら、前記（ｇ）〜（ｉ）手順を実行する手順と
    を備える
    プログラム。
19. 請求項１６又は１７に記載のプログラムにおいて、
    前記利得を決定する手順は、
    （ｃ’）前記複数の光増幅部の１つを着目光増幅部として設定する手順と、
    （ｄ’）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を増加させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を減少させる手順と、
    （ｅ’）前記（ｄ’）手順を繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる、前記着目光増幅部の対数表現の利得を決定する手順と、
    （ｆ’）前記着目光増幅部の対数表現の前記利得を減少させ、前記着目光増幅部以外の前記光増幅部のいずれかの対数表現の利得を増加させる手順と、
    （ｇ’）前記（ｆ’）手順を繰り返しながら、前記複数の光増幅部の全体の消費電力がより少なくなる前記着目光増幅部の利得を決定する手順と、
    （ｈ’）前記着目光増幅部を前記複数の光増幅部に渡って変更しながら、前記（ｄ’）〜（ｇ’）手順を実行する手順と
    を具備する
    プログラム。
20. シリアルに接続された複数の光増幅部の各々の利得の初期値を設定する利得制御回路と、
    前記複数の光増幅部の少なくとも一部の光増幅部の前記利得を増加又は減少させ、かつ前記複数の光増幅部の他の部分の利得を前記少なくとも一部の光増幅部と同じ値だけ減少又は増加させる利得調整制御を、前記複数の光増幅部のうちの前記少なくとも一部の光増幅部を変えながら実行することにより、前記複数の光増幅部の消費電力が減少する前記複数の光増幅部の各々の利得を決定する消費電力制御回路と
    を具備する
    光増幅装置用制御装置。

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