JP5682135B2

JP5682135B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP5682135B2
Application number: JP2010096104A
Authority: JP
Inventors: 勝幸三野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: JP2011228434A; US20110255152A1; US8699127B2

Description

本発明は、シャットダウン制御速度を制御する機能を備える光増幅器に関する。

近年、波長多重システム（WDM systems: Wavelength Division Multiplexing System）には、ＯＡＤＭ（Optical Add Drop Multiplexing）等の技術が適用されている。ＯＡＤＭは、特に、ユーザーサイドと基幹ネットワークとを結ぶメトロ・アクセス系のネットワークにおいて、必須の技術となっている。なぜなら、波長多重された信号から任意の波長をＡｄｄ／Ｄｒｏｐすることで、ユーザーに応じて通信容量を迅速に変更することができ、フレキシブルなネットワークを構成することができるからである。

このメトロ・アクセス系のネットワークでも、従来と同じように、伝送路での損失を補うために、光増幅器が多段で使用されている。ＯＡＤＭを適用しているため、上流の光増幅器の出力が停止（以下、「シャットダウン」と称す）されても、下流の光増幅器にＡｄｄ信号光が入力されている場合には、下流の光増幅器の出力はシャットダウンされない（一般的に、シャットダウンには、光増幅器への入力が断になったことによるシャットダウンと、伝送路側で障害が発生した場合などに、強制的に光増幅器の出力を停止させる、入力断以外のシャットダウンと、がある）。

そのため、上流の光増幅器をシャットダウンする速度（つまり、光増幅器の出力レベルをゼロまで下げる速度。以下、「シャットダウン制御速度」と称す）が、下流の光増幅器の出力制御速度に比べて速い場合には、下流の光増幅器から出力されるＡｄｄ信号光に過渡的なレベル変動が発生する。これを図１０を参照して説明する。

図１０において、利得一定の出力制御をしている下流の光増幅器に対し、上流からの信号光（λ１）およびＡｄｄ信号光（λ２）が入力されている状態で、時刻ｔ１において、上流の光増幅器がシャットダウンを開始したとする。

このとき、上流の光増幅器のシャットダウン制御速度が、下流の光増幅器の出力制御速度に比べて遅い（もしくは同等）場合、下流の光増幅器から出力されるＡｄｄ信号光には過渡的なレベル変動が発生しない。

一方、上流の光増幅器のシャットダウン制御速度が、下流の光増幅器の出力制御速度に比べて速い場合、下流の光増幅器はλ１とλ２の合計で利得を一定に制御することから、下流の光増幅器から出力されるＡｄｄ信号光に過渡的なレベル変動が発生してしまう。

したがって、この観点においては、上流の光増幅器のシャットダウン制御速度は遅い方が望ましいことになる。

その一方で、光増幅器への入力断が検出された場合には、人体への影響から、光増幅器を迅速にシャットダウンすることが期待されており、これに関する多数の特許出願も行われている（例えば、特許文献１等）。

したがって、最近では、この両方を満足すること、つまり、入力断によるシャットダウンの場合と、入力断以外のシャットダウンの場合とで、シャットダウン制御速度をそれぞれ制御することができる光増幅器を実現することが望まれている。

特開２００５−２９５１５７号公報

上述のように、光増幅器においては、入力断によるシャットダウンの場合と、入力断以外のシャットダウンの場合とで、シャットダウン制御速度をそれぞれ制御することが課題となっている。

そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決することができる光増幅器を提供することにある。

本発明の光増幅器は、
入力信号光を増幅し、出力信号光として出力する光増幅回路と、
前記入力信号光の有無をモニターするための第１のモニター部と、
シャットダウン制御信号の受信時に、前記入力信号光の有無に応じて、前記出力信号光のレベルをゼロまで下げるシャットダウン制御速度が異なるよう、前記光増幅回路を制御する制御回路と、を有する。

本発明によれば、シャットダウン制御信号の受信時に、入力信号光の有無に応じてシャットダウン制御速度を異ならせる。

したがって、入力断以外のシャットダウンと入力断によるシャットダウンとを区別し、入力断によるシャットダウンの場合と、入力断以外のシャットダウンの場合とで、シャットダウン制御速度をそれぞれ制御することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。図１に示した光増幅器におけるシャットダウン制御信号の受信時の動作を説明するフローチャートである。図１に示した光増幅器の出力レベルの評価結果の例を示す図である。本発明の第２の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。図５に示した光増幅器におけるシャットダウン制御信号の受信時の動作を説明するフローチャートである。本発明の第４の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。本発明の第５の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。本発明の第６の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。関連する光増幅器の問題点を説明する図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（１）第１の実施形態
図１に、本発明の第１の実施形態の光増幅器の構成を示す。

図１に示すように、本実施形態の光増幅器は、光カプラ１０，１１と、第１のモニター部となるＰＤ（Photo Diode：フォトダイオード）２０と、励起光発生部となるＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）３０と、光増幅媒体となるＥＤＦ（Erbium-Doped Fiber：エルビウム添加ファイバ）４０と、制御回路５１と、を有している。なお、本実施形態においては、ＬＤ３０およびＥＤＦ４０が光増幅回路の構成要素となる。

光カプラ１０は、ＰＤ２０および光カプラ１１に接続されている。

光カプラ１１は、ＬＤ３０およびＥＤＦ４０に接続されている。

ＰＤ２０およびＬＤ３０は、制御回路５１に接続されている。

なお、図１において、実線は光接続を表し、点線は電気接続を表している（以下、図４、図５、図７〜図９において同じ）。

以下、本実施形態の光増幅器の動作について、図１を参照して説明する。

光カプラ１０は、入力信号光の一部を、入力信号光の入力の有無をモニターするためのモニター用の入力信号光として分岐して、ＰＤ２０に入力する。

ＰＤ２０は、モニター用の入力信号光を電気信号に変換し、変換した電気信号のレベルを示す入力モニター値を制御回路５１に通知する。

ＬＤ３０は、制御回路５１により設定されるバイアス設定値に応じたレベルの励起光を発生する。なお、バイアス設定値がゼロになると、励起光のレベルはゼロになる。

光カプラ１１は、モニター用以外の入力信号光を、ＬＤ３０にて発生した励起光と合波して、ＥＤＦ４０に入力する。

ＥＤＦ４０は、ＥＤＦ４０中のＥｒ３＋（エルビウムイオン）が、光カプラ１１から入力された励起光により励起され、励起されたＥｒ３＋によって入力信号光を増幅し、出力信号光として出力する。このとき、ＥＤＦ４０は、励起光のレベルに応じた利得で入力信号光を増幅し、励起光のレベルがゼロになると、出力信号光のレベルはゼロになる。

制御回路５１は、外部からシャットダウン制御信号を受信した時に、入力信号光の有無に応じて、ＬＤ３０のバイアス設定値の下げ方を異ならせる。

ここで、本実施形態の特徴的な動作である、制御回路５１がシャットダウン制御信号を受信した時の動作について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、制御回路５１は、シャットダウン制御信号を受信した場合、ＰＤ２０から通知される入力モニター値を基に、入力信号光の有無を判定する（ステップＳ２０１）。

このとき、例えば、制御回路５１は、入力モニター値が、ある判定閾値以上であれば、入力信号光が有ると判定し、判定閾値未満であれば、入力信号光が無いと判定する。

もし、ステップＳ２０１において、入力信号光が有る場合は、制御回路５１は、ＬＤ３０のバイアス設定値を段階的にゼロに下げる（ステップＳ２０２）。

一方、ステップＳ２０１において、入力信号光が無い場合は、制御回路５１は、ＬＤ３０のバイアス設定値を瞬時にゼロに下げる（ステップＳ２０３）。

これにより、本実施形態においては、シャットダウン制御信号の受信時に、入力信号光が無い場合には、出力信号光のレベルを瞬時にゼロに下げ、入力信号光が有る場合には、出力信号光のレベルを段階的にゼロに下げるというシャットダウン制御を行うことが可能となる。参考に、出力信号光のレベルの評価結果の一例を図３に示す。

なお、本実施形態においては、出力信号光のレベルの下げ方は上記に限定されず、少なくとも、入力信号光が有る場合のシャットダウン制御速度が、入力信号光が無い場合のシャットダウン制御速度よりも遅ければ良い（以降の実施形態において同じ）。

ただし、入力信号光が無い場合のシャットダウン制御速度は、人体への危険性も考慮して、人体に影響を与えない程度のシャットダウン制御時間になるようにする。

また、入力信号光が有る場合のシャットダウン制御速度は、一定でも良いし、変化させても良い（例えば、入力信号光のレベルが人体に影響を及ぼすほど高い場合には、出力信号光のレベルが安全レベルに到達するまでは、シャットダウン制御速度を速くし（第１の速度）、安全レベルに到達した後はシャットダウン制御速度を遅くする（第１の速度よりも遅い第２の速度）等）。

上述したように本実施形態においては、シャットダウン制御信号の受信時に、入力信号光の有無に応じてシャットダウン制御速度を異ならせている。

したがって、入力断以外のシャットダウンと入力断によるシャットダウンとを区別し、入力断によるシャットダウンの場合と、入力断以外のシャットダウンの場合とで、シャットダウン制御速度をそれぞれ制御することができる。

また、本実施形態においては、入力断以外のシャットダウンの場合のシャットダウン制御速度を、入力断によるシャットダウンの場合よりも遅くしている。

したがって、入力断以外のシャットダウンの場合は、出力信号光の減衰速度を遅くすることができるため、下流の光増幅器の過渡的なレベル変動を抑制することができる。

また、入力断によるシャットダウンの場合は、人体に影響を与えないように、迅速にシャットダウンすることができる。
（２）第２の実施形態
図４に、本発明の第２の実施形態の光増幅器の構成を示す。

図１に示したように、第１の実施形態の光増幅器は、光カプラ１１およびＬＤ３０をＥＤＦ４０の上流側に配置し、ＬＤ３０が上流側からＥＤＦ４０を励起していた。

これに対して、図４に示すように、本実施形態の光増幅器は、図１の第１の実施形態の光増幅器と比較して、光カプラ１１およびＬＤ３０をＥＤＦ４０の下流側に配置し、ＬＤ３０が下流側からＥＤＦ４０を励起している点が異なる。

上記以外の構成および動作は、第１の実施形態と同様である。

よって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様のシャットダウン制御を行うことが可能となる。
（３）第３の実施形態
図５に、本発明の第３の実施形態の光増幅器の構成を示す。

図５に示すように、本実施形態の光増幅器は、図１の第１の実施形態の光増幅器と比較して、ＬＤ３０の出力側にＶＯＡ（Variable Optical Attenuator：可変光減衰器）６０を接続した点と、制御回路５１がＬＤ３０ではなくＶＯＡ６０を制御する点と、が異なる。なお、本実施形態においては、ＬＤ３０およびＥＤＦ４０だけでなく、ＶＯＡ６０も光増幅回路の構成要素となる。

ＬＤ３０は、一定レベルの励起光を発生する。

ＶＯＡ６０は、ＬＤ３０にて発生した励起光を、制御回路５１により設定される駆動設定値に応じた減衰量で減衰させる。なお、駆動設定値が最大値になると、励起光のレベルはゼロになる。

光カプラ１１は、モニター用以外の入力信号光を、ＶＯＡ６０にて減衰させられた励起光と合波して、ＥＤＦ４０に入力する。

制御回路５１は、外部からシャットダウン制御信号を受信した時に、入力信号光の有無に応じて、ＶＯＡ６０の駆動設定値の上げ方を異ならせる。

ここで、本実施形態の特徴的な動作である、制御回路５１がシャットダウン制御信号を受信した時の動作について、図６を参照して説明する。

図６に示すように、制御回路５１は、シャットダウン制御信号を受信した場合、ＰＤ２０から通知される入力モニター値を基に、入力信号光の有無を判定する（ステップＳ６０１）。

もし、ステップＳ６０１において、入力信号光が有る場合は、制御回路５１は、ＶＯＡ６０の駆動設定値を段階的に最大値に上げる（ステップＳ６０２）。

一方、ステップＳ６０１において、入力信号光が無い場合は、制御回路５１は、ＶＯＡ６０の駆動設定値を瞬時に最大値に上げる（ステップＳ６０３）。

よって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様のシャットダウン制御を行うことが可能となる。

なお、本実施形態においては、ＶＯＡ６０は、同等の機能を持つ、光スイッチ等で置き換えることも可能である。
（４）第４の実施形態
図７に、本発明の第４の実施形態の光増幅器の構成を示す。

図７に示すように、本実施形態の光増幅器は、図１の第１の実施形態の光増幅器と比較して、ＥＤＦ４０の下流側にＶＯＡ６２を接続した点と、制御回路５１がＬＤ３０ではなくＶＯＡ６２を制御する点と、が異なる。なお、本実施形態においては、ＬＤ３０およびＥＤＦ４０だけでなく、ＶＯＡ６２も光増幅回路の構成要素となる。

ＬＤ３０は、一定レベルの励起光を発生する。

ＥＤＦ４０は、光カプラ１１から入力された励起光により励起されたＥｒ３＋によって入力信号光を増幅し、ＶＯＡ６２に入力する。このとき、ＥＤＦ４０は、励起光のレベルに応じた利得で入力信号光を増幅することになる。

ＶＯＡ６２は、ＥＤＦ４０にて増幅された信号光を、制御回路５１により設定される駆動設定値に応じた減衰量で減衰させ、出力信号光として出力する。なお、駆動設定値が最大値になると、出力信号光のレベルはゼロになる。

制御回路５１は、外部からシャットダウン制御信号を受信した時に、入力信号光の有無に応じて、ＶＯＡ６２の駆動設定値の上げ方を異ならせる。このときのフローチャートは図６と同じとなる。

なお、本実施形態においては、ＶＯＡ６２は、同等の機能を持つ、光スイッチ等で置き換えることも可能である。
（５）第５の実施形態
図８に、本発明の第５の実施形態の光増幅器の構成を示す。

図８に示すように、本実施形態の光増幅器は、図１の第１の実施形態の光増幅器と比較して、ＥＤＦ４０の下流側に光カプラ１２を接続した点と、制御回路５１および光カプラ１２に第２のモニター部となるＰＤ２１を接続した点と、が異なる。

光カプラ１２は、出力信号光の反射光の一部を、出力信号光の反射レベルをモニターするためのモニター用の反射光として分岐して、ＰＤ２１に入力する。

ＰＤ２１は、モニター用の反射光を電気信号に変換し、変換した電気信号のレベルを示す反射モニター値を制御回路５１に通知する。

制御回路５１は、出力信号光の反射レベルを示す反射モニター値がある判定閾値以上になった場合には、反射有りと判定し、シャットダウン制御信号を受信した場合と同様に、図２のフローチャートの処理を実施する。

これにより、本実施形態においては、シャットダウン制御信号の受信時だけではなく、出力信号光の反射レベルに応じて反射有りと判定した場合にも、第１の実施形態と同様のシャットダウン制御を行うことが可能となる。

よって、出力信号光の反射が下流の光増幅器に与える影響を少なくすることができる。ただし、反射有りと判定した場合のシャットダウン制御速度は、人体への危険性もあるため、それを考慮した上での速度となる（例えば、入力信号光が有る時に、出力信号光のレベルを段階的にゼロに下げる場合においては、出力信号光のレベルが安全レベルに到達するまでは、シャットダウン制御速度を速くし（第１の速度）、安全レベルに到達した後はシャットダウン制御速度を遅くする（第１の速度よりも遅い第２の速度）等）。
（６）第６の実施形態
図９に、本発明の第６の実施形態の光増幅器の構成を示す。

図９に示すように、本実施形態の光増幅器は、図１の第１の実施形態の光増幅器と比較して、光カプラ１１、ＬＤ３０、およびＥＤＦ４０の代わりに、ＶＯＡ６１および光増幅部２００を設けた点と、制御回路５１がＶＯＡ６１を制御する点と、が異なる。なお、本実施形態においては、ＶＯＡ６１および光増幅部２００が光増幅回路の構成要素となる。

光カプラ１０は、ＰＤ２０およびＶＯＡ６１に接続されている。

ＶＯＡ６１は、制御回路５１および光増幅部２００の入力側に接続されている。

ＶＯＡ６１は、光カプラ１０から入力された入力信号光を、制御回路５１により設定される駆動設定値に応じた減衰量で減衰させ、光増幅部２００に入力する。なお、駆動設定値が最大値になると、光増幅部２００に入力される信号光のレベルはゼロになる。

光増幅部２００は、ＶＯＡ６１から入力された信号光を一定の利得で増幅し、出力信号光として出力するものであり、利得一定の出力制御をする既存の光増幅器で実現される。

制御回路５１は、外部からシャットダウン制御信号を受信した時に、入力信号光の有無に応じて、ＶＯＡ６１の駆動設定値の上げ方を異ならせる。このときのフローチャートは図６と同じとなる。

つまり、本実施形態においては、利得一定の出力制御をしている既存の光増幅器に、本発明の基本構成の一部を追加することだけで、第１の実施形態と同様のシャットダウン制御を行うことが可能となる。なお、本実施形態のシャットダウン制御速度は、ＶＯＡ６１の減衰量と、光増幅部２００の出力制御速度と、によって決定される。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されものでない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、第１〜第５の実施形態においては、ＬＤの数が１つであるものとして説明したが、ＬＤの数は複数であっても良い。また、この場合、第１、第２、および第５の実施形態においては、これら複数のＬＤを制御回路５１で制御しても良い。

また、第３、第４、および第６の実施形態においては、ＶＯＡの数が１つであるものとして説明したが、ＶＯＡの数は複数であっても良いし、また、これら複数のＶＯＡを制御回路５１で制御しても良い。

１０，１１，１２光カプラ
２０，２１ＰＤ
３０ＬＤ
４０ＥＤＦ
５１制御回路
６０，６１，６２ＶＯＡ
２００光増幅部

Claims

バイアス設定値に応じたレベルの励起光を発生する励起光発生部と、前記励起光発生部にて発生した励起光のレベルに応じた利得で入力信号光を増幅し、出力信号光として出力する光増幅媒体と、を含む光増幅回路と、
前記入力信号光のレベルが閾値以上であるかをモニターするための第１のモニター部と、
シャットダウン制御信号の受信時に、前記入力信号光のレベルが閾値未満である場合は前記励起光発生部のバイアス設定値を瞬時にゼロに下げ、前記入力信号光のレベルが閾値以上である場合は前記励起光発生部のバイアス設定値を段階的にゼロに下げる制御回路と、を有する光増幅器。
前記出力信号光の反射レベルをモニターするための第２のモニター部をさらに有し、
前記制御回路は、前記出力信号光の反射レベルが閾値以上になった時に、前記入力信号光のレベルが閾値未満である場合は前記励起光発生部のバイアス設定値を瞬時にゼロに下げ、前記入力信号光のレベルが閾値以上である場合は前記励起光発生部のバイアス設定値を段階的にゼロに下げる、請求項１に記載の光増幅器。
励起光を発生する励起光発生部と、前記励起光発生部にて発生した励起光を、駆動設定値に応じた減衰量で減衰させる可変光減衰器と、前記可変光減衰器にて減衰させられた励起光のレベルに応じた利得で入力信号光を増幅し、出力信号光として出力する光増幅媒体と、を含む光増幅回路と、
前記入力信号光のレベルが閾値以上であるかをモニターするための第１のモニター部と、
シャットダウン制御信号の受信時に、前記入力信号光のレベルが閾値未満である場合は前記可変光減衰器の駆動設定値を瞬時に最大値に上げ、前記入力信号光のレベルが閾値以上である場合は前記可変光減衰器の駆動設定値を段階的に最大値に上げる制御回路と、を有する光増幅器。
励起光を発生する励起光発生部と、前記励起光発生部にて発生した励起光のレベルに応じた利得で入力信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体にて増幅された信号光を、駆動設定値に応じた減衰量で減衰させ、出力信号光として出力する可変光減衰器と、を含む光増幅回路と、
前記入力信号光のレベルが閾値以上であるかをモニターするための第１のモニター部と、
シャットダウン制御信号の受信時に、前記入力信号光のレベルが閾値未満である場合は前記可変光減衰器の駆動設定値を瞬時にゼロに下げ、前記入力信号光のレベルが閾値以上である場合は前記可変光減衰器の駆動設定値を段階的にゼロに下げる制御回路と、を有する光増幅器。
入力信号光を、駆動設定値に応じた減衰量で減衰させる可変光減衰器と、前記可変光減衰器にて減衰させられた入力信号光を一定の利得で増幅し、出力信号光として出力する光増幅部と、を含む光増幅回路と、
前記入力信号光のレベルが閾値以上であるかをモニターするための第１のモニター部と、
シャットダウン制御信号の受信時に、前記入力信号光のレベルが閾値未満である場合は前記可変光減衰器の駆動設定値を瞬時にゼロに下げ、前記入力信号光のレベルが閾値以上である場合は前記可変光減衰器の駆動設定値を段階的にゼロに下げる制御回路と、を有する光増幅器。