JP6012579B2 - 光増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅装置に関するものである。

従来、増幅媒体であるエルビウム添加光ファイバ（Erbium Doped Optical Fiber：ＥＤＦ）と、ＥＤＦに励起光を供給する励起ＬＤ（Laser Diode）を備える複数の光増幅部と、これらの光増幅部の間に配置された可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）とを備える光増幅装置が開示されている（たとえば特許文献１参照）。このような光増幅装置では、それぞれの光増幅部において、出力光や入力光をモニタして出力光や利得をフィードバック制御する機能と、光増幅部の光入力をモニタしてフィードフォワード制御を行う機能とを備えている。

たとえば、特許文献１では、光増幅装置の一態様として、２つの光増幅部を備える２段構成の光増幅装置において、各光増幅部において出力光をモニタして、各増幅部の出力光や利得をフィードバック制御する機能と、各光増幅部の光入力をモニタして、現在のモニタ値が過去のモニタ値から変化した場合を検知し、その場合に各光増幅部の利得を適宜変更するフィードフォワード制御する機能とを備える構成（制御方式１とする）が開示されている。また、特許文献１では、さらに、光増幅装置の別の一態様として、１段目の光増幅部の入力のモニタ値を、２段目の光増幅部の入力のモニタ値として用いる構成（制御方式２とする）が開示されている。

制御方式１では、各光増幅部およびＶＯＡのそれぞれの制御誤差が蓄積されるという問題がある。これに対して、制御方式２では、１段目の光増幅部およびＶＯＡの制御誤差は、２段目の光増幅部の制御誤差に吸収されるので、制御誤差としては２段目の光増幅部の制御誤差のみであるという利点がある。

米国特許第６９４３９３７号明細書

ここで、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）伝送方式に使用される光増幅装置では、通常、利得の波長特性については、入力されるＷＤＭ信号光が属する波長帯域において、波長依存性が略無い（すなわち、利得スペクトルが略平坦である）ことが望まれている。しかしながら、その使用条件によっては、光伝送路において所定の位置に配置された光増幅装置には、利得スペクトルに対して、波長に対する所定の傾斜を与える場合がある。このような傾斜は、ゲインチルトと呼ばれる。ここで、ゲインチルトとは、たとえば、所定の波長帯域内で利得に傾斜を与えた場合に、波長帯域の両端での利得（単位はたとえばデシベル［ｄＢ］）の差として定義される。この場合、波長が長くなるにつれて利得が高くなる場合のゲインチルトを正値、波長が長くなるにつれて利得が低くなる場合のゲインチルトを負値として定義する。

このようなゲインチルトを与える場合、制御方式２を用いると、光増幅装置の所望の動作に対して誤差が生じる場合があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少ない誤差で動作することができる光増幅装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光増幅装置は、光増幅媒体と、前記光増幅媒体に該光増幅媒体を光励起するための励起光を供給する励起光源とを備える複数の光増幅部と、前記複数の光増幅部に含まれる第１および第２光増幅部の間に配置された光可変減衰器と、前記第１光増幅部の光入力側において、前記第１光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第１入力光検出器と、前記第１光増幅部と前記光可変減衰器との間において、前記第１光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第１出力光検出器と、前記光可変減衰器と前記第２光増幅部との間において、前記第２光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第２入力光検出器と、前記第２光増幅部の光出力側において、前記第２光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第２出力光検出器と、前記第１光増幅部、前記第２光増幅部および前記光可変減衰器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１入力光検出器が検出した第１入力光検出値と前記第１出力光検出器が検出した第１出力光検出値とから前記第１光増幅部の利得を算出し、前記第１光増幅部の利得が第１目標利得となるように前記第１光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第１入力光検出値をもとに前記第１光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、前記第１入力光検出値と前記第２出力光検出器が検出した第２出力光検出値とから、当該光増幅装置全体の利得を算出し、当該光増幅装置全体の利得が第２目標利得となるように前記第２光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第２入力光検出器が検出した第２入力光検出値をもとに前記第２光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、前記第１出力光検出値と前記第２入力光検出値とから前記光可変減衰器の光減衰量を算出し、前記光減衰量が目標光減衰量となるように前記光可変減衰器をフィードバック制御し、前記第２光増幅部の制御パラメータと前記光可変減衰器の目標光減衰量とを補正することによって、当該光増幅装置全体のゲインチルトの補正を行うことを特徴とする。

本発明に係る光増幅装置は、光増幅媒体と、前記光増幅媒体に該光増幅媒体を光励起するための励起光を供給する励起光源とを備える複数の光増幅部と、前記複数の光増幅部に含まれる第１および第２光増幅部の間に配置された光可変減衰器と、前記第１光増幅部の光入力側において、前記第１光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第１入力光検出器と、前記第１光増幅部と前記光可変減衰器との間において、前記第１光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第１出力光検出器と、前記光可変減衰器と前記第２光増幅部との間において、前記第２光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第２入力光検出器と、前記第２光増幅部の光出力側において、前記第２光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第２出力光検出器と、前記第１光増幅部、前記第２光増幅部および前記光可変減衰器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１入力光検出器が検出した第１入力光検出値と前記第１出力光検出器が検出した第１出力光検出値とから前記第１光増幅部の利得を算出し、前記第１光増幅部の利得が第１目標利得となるように前記第１光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第１入力光検出値をもとに前記第１光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、前記第１入力光検出値と前記第２出力光検出器が検出した第２出力光検出値とから、当該光増幅装置全体の利得を算出し、当該光増幅装置全体の利得が第２目標利得となるように前記第２光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第１出力光検出値に前記第１目標利得を加算しかつ前記光可変減衰器の目標光減衰量を減算した値をもとに前記第２光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、前記第１出力光検出値と前記第２入力光検出値とから前記光可変減衰器の光減衰量を算出し、前記光減衰量が目標光減衰量となるように前記光可変減衰器をフィードバック制御し、前記第２光増幅部の制御パラメータと前記光可変減衰器の目標光減衰量とを補正することによって、当該光増幅装置全体のゲインチルトの補正を行うことを特徴とする。

本発明に係る光増幅装置は、上記発明において、前記第２光増幅部の制御パラメータは、前記第２光増幅部の目標利得およびフィードフォワード制御値を含むことを特徴とする。

本発明によれば、少ない誤差で動作することができる光増幅装置を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す光増幅装置の制御例１を説明するブロック図である。 図３は、図１に示す光増幅装置の制御例２を説明する図である。 図４は、図１に示す光増幅装置の制御例３を説明する図である。 図５は、公知の光増幅装置における制御例を説明するブロック図である。 図６は、公知の光増幅装置における別の制御例を説明するブロック図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光増幅装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。この光増幅装置１００は、第１光増幅部である光増幅部１、第２光増幅部である光増幅部２、光増幅部１と光増幅部２との間に配置されたＶＯＡ３、制御部４、光カプラ５、第１入力光検出器を構成するフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）６およびモニタ回路７、ＡＤコンバータ８、光カプラ９、第１出力光検出器を構成するＰＤ１０およびモニタ回路１１、ＡＤコンバータ１２、光カプラ１３、第２入力光検出器を構成するＰＤ１４およびモニタ回路１５、ＡＤコンバータ１６、光カプラ１７、第２出力光検出器を構成するＰＤ１８およびモニタ回路１９、ＡＤコンバータ２０、ＤＡコンバータ２１,２３,２５、ＬＤ駆動回路２２,２４、およびＶＯＡ駆動回路２６を備えている。

以下、各構成要素について具体的に説明する。
光増幅部１は、光増幅媒体であるＥＤＦ１ａと、ＥＤＦ１ａに、ＥＤＦ１ａに含まれるエルビウムイオンを光励起できる波長（たとえば０．９８μｍ波長帯や１．４８μｍ波長帯）のレーザ光である励起光を出力して供給する励起ＬＤ１ｂとを備えている。光増幅部２は、光増幅媒体であるＥＤＦ２ａと、ＥＤＦ２ａに、ＥＤＦ２ａに含まれるエルビウムイオンを光励起できる波長のレーザ光である励起光を出力して供給する励起ＬＤ２ｂとを備えている。

この光増幅装置１００には、光入力側から、ＥＤＦ１ａ,２ａにて光増幅可能な波長（たとえば１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長）の信号チャネルで構成されるＷＤＭ信号光である信号光が入力される。

光カプラ５は、この光増幅装置１００に光入力側から入力される信号光の一部（たとえば１％〜５％の強度）をＰＤ６側に分岐し、残りを光増幅部１に出力する。光増幅部１において、励起ＬＤ１ｂはＬＤ駆動回路２２から駆動電力が供給されて励起光を出力する。ＥＤＦ１ａでは、励起光によって光励起されたエルビウムイオンが信号光を光増幅する。その結果、光増幅部１から光増幅された信号光が出力される。

光カプラ９は、光増幅されて光増幅部１から出力された信号光の一部をＰＤ１０側に分岐し、残りをＶＯＡ３に出力する。

ＶＯＡ３は、入力された信号光を所定の光減衰量だけ減衰させて光カプラ１３に出力する。光カプラ１３は、減衰された信号光の一部をＰＤ１４側に分岐し、残りを光増幅部２に出力する。光増幅部２において、励起ＬＤ２ｂはＬＤ駆動回路２４から駆動電力が供給されて励起光を出力する。ＥＤＦ２ａでは、励起光によって光励起されたエルビウムイオンが信号光を光増幅する。その結果、光増幅部２から光増幅された信号光が出力される。

光カプラ１７は、光増幅されて光増幅部２から出力された信号光の一部をＰＤ１８側に分岐し、残りを光増幅装置１００の外部に出力する。

一方、ＰＤ６は、光カプラ５が分岐した信号光の一部を受光し、受光した光強度に応じた電流信号をモニタ回路７に出力する。モニタ回路７は、たとえば線形または対数の電気増幅器で構成されており、ＰＤ６から入力された電流信号の値から、光増幅部１の光入力側において、光増幅部１に入力される光のパワー（第１入力光検出値）を検出する。モニタ回路７は、検出した入力光のパワーを示すアナログ信号をＡＤコンバータ８に出力する。ＡＤコンバータ８は、モニタ回路７からのアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部４に出力する。

ＰＤ１０は、光カプラ９が分岐した信号光の一部を受光し、受光した光強度に応じた電流信号をモニタ回路１１に出力する。モニタ回路１１は、ＰＤ１０から入力された電流信号の値から、光増幅部１とＶＯＡ３との間において、光増幅部１から出力する出力光のパワー（第１出力光検出値）を検出する。ここで、光増幅部１から出力する出力光のパワーはＶＯＡ３に入力する入力光のパワーに対応する。モニタ回路１１は、検出した出力光（入力光）のパワーを示すアナログ信号をＡＤコンバータ１２に出力する。ＡＤコンバータ１２は、モニタ回路１１からのアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部４に出力する。

ＰＤ１４は、光カプラ１３が分岐した信号光の一部を受光し、受光した光強度に応じた電流信号をモニタ回路１５に出力する。モニタ回路１５は、ＰＤ１４から入力された電流信号の値から、ＶＯＡ３と光増幅部２との間において、光増幅部２に入力する入力光のパワー（第２入力光検出値）を検出する。ここで、光増幅部２に入力する入力光のパワーはＶＯＡ３から出力する出力光のパワーに対応する。モニタ回路１５は、検出した入力光（出力光）のパワーを示すアナログ信号をＡＤコンバータ１６に出力する。ＡＤコンバータ１６は、モニタ回路１５からのアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部４に出力する。

ＰＤ１８は、光カプラ１７が分岐した信号光の一部を受光し、受光した光強度に応じた電流信号をモニタ回路１９に出力する。モニタ回路１９は、ＰＤ１８から入力された電流信号の値から、光増幅部２の光出力側において、光増幅部２から出力する出力光のパワー（第２出力光検出値）を検出する。ここで、光増幅部２から出力する出力光のパワーは光増幅装置１００から出力する出力光のパワーに対応する。モニタ回路１９は、検出した出力光のパワーを示すアナログ信号をＡＤコンバータ２０に出力する。ＡＤコンバータ２０は、モニタ回路１９からのアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部４に出力する。

制御部４は、ＡＤコンバータ８,１２,１６，２０から入力されたデジタル信号をもとに、この光増幅装置１００がＡＧＣ（Automatic Gain Control）動作するように励起ＬＤ１ｂ,２ｂ、ＶＯＡ３を制御して、光増幅装置１００の動作を制御する。具体的には、制御部４は、励起ＬＤ１ｂ,２ｂの制御指示値（デジタル信号）をＤＡコンバータ２１，２３にそれぞれ出力する。ＤＡコンバータ２１，２３は、制御指示値をアナログ信号である制御信号に変換してＬＤ駆動回路２２,２４にそれぞれ出力する。ＬＤ駆動回路２２,２４は、制御信号をもとに所定の駆動電流を励起ＬＤ１ｂ,２ｂにそれぞれ出力する。なお、制御部４は、励起ＬＤ１ｂ,２ｂが所望の光強度の励起光を出力するための駆動電流となるような制御指示値を出力してもよい。

同様に、制御部４は、デジタル信号であるＶＯＡ３の制御指示値をＤＡコンバータ２５に出力する。ＤＡコンバータ２５は、制御指示値をアナログ信号である制御信号に変換してＶＯＡ駆動回路２６に出力する。ＶＯＡ駆動回路２６は、制御信号をもとに所定の駆動電流をＶＯＡ３に出力する。

ここで、ＡＧＣ動作とは、光増幅装置１００の利得（すなわち、出力する光のパワーと入力する光のパワーとの比）が一定になる動作である。このように制御部４が光増幅装置１００をＡＧＣ動作させる制御をＡＧＣ制御と呼ぶ。

（制御例１）
つぎに、制御部４による光増幅装置１００の制御例についてより具体的に説明する。図２は、図１に示す光増幅装置１００の制御例１を説明するブロック図である。ここで、演算記号Ｏ１〜Ｏ５は制御に係る加算、減算等の演算を示している。また、矢印Ａ１〜Ａ４は制御の流れを模式的に示している。

まず、制御部４は、光増幅部１に対しては、ＰＤ６、モニタ回路７が検出した第１入力光検出値をもとに光増幅部１の励起ＬＤ１ｂをフィードフォワード制御する（矢印Ａ１）。たとえば、制御部４は、第１入力光検出値と励起ＬＤ１ｂの駆動電流との対応を示すテーブルまたは演算式を記憶しており、このテーブルまたは演算式をもとに、第１入力光検出値に応じた駆動電流の指示値を出力する。

さらに、制御部４は、ＰＤ６、モニタ回路７が検出した第１入力光検出値とＰＤ１０、モニタ回路１１が検出した第１出力光検出値とから、光増幅部１の利得を算出し、算出した利得と第１目標利得とを比較して、光増幅部１の利得が第１目標利得となるように励起ＬＤ１ｂをフィードバック制御する（矢印Ａ２、演算記号Ｏ１、Ｏ２）。ここで、第１目標利得はたとえば外部から与えられる指示値である。なお、制御部４によるフィードバック制御は、たとえば公知のＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御やＰＩ制御を用いて実施される。

また、制御部４は、光増幅部２に対しては、ＰＤ１４、モニタ回路１５が検出した第２入力光検出値をもとに光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御する（矢印Ａ３）。たとえば、制御部４は、第２入力光検出値と励起ＬＤ２ｂの駆動電流との対応を示すテーブルまたは演算式を記憶しており、このテーブルまたは演算式をもとに、第１入力光検出値に応じた駆動電流の指示値を出力する。

さらに、制御部４は、ＰＤ６、モニタ回路７が検出した第１入力光検出値とＰＤ１８、モニタ回路１９が検出した第２出力光検出値とから、光増幅装置１００全体の利得を算出し、算出した利得と第２目標利得とを比較して、光増幅装置１００全体の利得が第２目標利得となるように励起ＬＤ２ｂをフィードバック制御する（矢印Ａ４、演算記号Ｏ４、Ｏ５）。ここで、第２目標利得はたとえば外部から与えられる指示値である。

また、制御部４は、ＶＯＡ３に対しては、ＰＤ１０、モニタ回路１１が検出した第１出力光検出値とＰＤ１４、モニタ回路１５が検出した第２入力光検出値とから、ＶＯＡ３の光減衰量を算出し、算出した光減衰量と目標光減衰量とを比較して、光減衰量が目標光減衰量となるようにＶＯＡ３をフィードバック制御する（演算記号Ｏ３）。

ここで、上記制御では、光増幅装置１００全体の利得は、ＷＤＭ信号光である信号光に対して、ゲインチルトが０ｄＢ（すなわち、ＷＤＭ信号光の波長帯域において、利得スペクトルが波長に対して略平坦）であるように設定されているとする。このとき、たとえば光増幅部１の第１目標利得は２０ｄＢ、光増幅部２の目標利得は２０ｄＢ、光増幅装置１００全体の第２目標利得は２８ｄＢ、ＶＯＡ３の目標光減衰量は１２ｄＢである。

制御部４は、上記ゲインチルトが０ｄＢの制御状態（基本制御とする）にあるときに、ゲインチルトを補正する指示を外部から与えられると、ＶＯＡ３の目標光減衰量、光増幅部２の目標利得、および光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御するときのフィードフォワード制御値を、そのゲインチルトに応じた値に補正することによって、光増幅装置１００全体のゲインチルトの補正を行う。ここで、光増幅部２の目標利得とは、光増幅装置１００全体の利得が第２目標利得となるように励起ＬＤ２ｂをフィードバック制御する際に、光増幅部２の利得の目標値として設定される利得である。

以下では、ＶＯＡ３の目標光減衰量、光増幅部２の目標利得、および光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御するときのフィードフォワード制御値を補正する際に制御部４が行う制御工程について説明する。

はじめに、制御部４は、以下のようにして、ゲインチルト補正後の、光増幅部１、２の利得Ｇ１、Ｇ２およびＶＯＡ３の目標光減衰量Ｖｌｏｓｓを算出する。このとき、まず下記式（１）にしたがって、ΔＧを算出する。なお、値の単位はすべてデシベル［ｄＢ］である。
ΔＧ＝Ｇ１ｏ＋Ｇ２ｏｐｔ−Ｇｓ
＝Ｇ１ｏ＋Ｇ２ｏ＋（Ｔｓ／Ｇｔ）−Ｇｓ ・・・ （１）
ここで、
Ｇ１ｏ：チルト補正値が０ｄＢのときの光増幅部１の利得（第１目標利得）
Ｇ２ｏ：チルト補正値が０ｄＢのときの光増幅部２の利得（目標利得）
Ｇ２ｏｐｔ：チルト加算した光増幅部２の利得
Ｇｓ：指示された光増幅装置全体の利得（第２目標利得）
Ｔｓ：指示されたゲインチルトの値
Ｇｔ：ゲインチルト変動係数
である。なお、ゲインチルト変動係数Ｇｔとは、指示されたゲインチルトの値Ｔｓを発生させることができる利得ΔＧを計算するための係数である。たとえば、ゲインチルト変動係数Ｇｔは、ＶＯＡ３の光減衰量の波長依存性の影響を補正するように設定される。

つぎに、制御部４は、ＶＯＡ３の光減衰量の波長依存性に対する補正値（短波長側と長波長側の光減衰量の差分：ＷＤＬ補正値）であるＷｒと、上記算出したΔＧの値との対応を示す式またはテーブルを用いて、適切な値のＷｒを選定する。

つぎに、制御部４は、選定したＷｒを用いて、下記の式（２）より、ゲインチルト補正後のＶＯＡ３の目標光減衰量Ｖｌｏｓｓを算出する。
Ｖｌｏｓｓ＝ΔＧ−Ｗｒ×Ｇｔ
=Ｇ１ｏ＋Ｇ２ｏ＋（Ｔｓ／Ｇｔ）−Ｇｓ−Ｗｒ×Ｇｔ ・・・ （２）

さらに、制御部４は、下記式（３）、（４）より、ゲインチルト補正後の、光増幅部１、２の利得Ｇ１、Ｇ２を算出する。
Ｇ１＝Ｇ１ｏ
Ｇ２＝Ｇ２ｏｐｔ−（ΔＧ−Ｖｌｏｓｓ） ・・・ （３）
＝Ｇ２ｏ＋（Ｔｓ／Ｇｔ）−Ｗｒ×Ｇｔ ・・・ （４）

上記式（２）〜（４）から解るように、制御部４は、チルト補正時にはＶＯＡ３の目標光減衰量Ｖｌｏｓｓおよび光増幅部２の利得Ｇ２を補正する。このように光増幅部２の利得Ｇ２をチルト補正時に補正するので、光増幅部２のフィードフォワード制御値も補正する必要がある。この補正方法については後に詳述する。

その後、制御部４は、補正された後のＶＯＡ３の目標光減衰量Ｖｌｏｓｓ、光増幅部２の利得Ｇ２、および光増幅部２のフィードフォワード制御値を用いて、上述した基本制御と同様の制御を行う。その結果、光増幅装置１００は、所定のゲインチルトＴｓが与えられた状態でＡＧＣ動作を行うことができる。

（公知の制御例との比較）
ここで、図５は、公知の光増幅装置における制御例を説明するブロック図である。図５に示す光増幅装置１０００は、図１に示す光増幅装置１００と同様の構成を有するが、制御の方式として以下のように上述した制御方式１を行う点が異なる。

すなわち、光増幅装置１０００では、制御部は、光増幅部１に対しては、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値をもとに光増幅部１の励起ＬＤ１ｂをフィードフォワード制御する（矢印Ａ１１）。さらに、制御部は、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値とＰＤ１０を用いて検出した第１出力光検出値とから、光増幅部１の利得を算出し、算出した利得と第１目標利得とを比較して、光増幅部１の利得が第１目標利得となるように励起ＬＤ１ｂをフィードバック制御する（矢印Ａ１２、演算記号Ｏ１１、Ｏ１２）。

また、制御部は、光増幅部２に対しては、ＰＤ１４を用いて検出した第２入力光検出値をもとに光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御する（矢印Ａ１３）。さらに、制御部は、ＰＤ１４を用いて検出した第２入力光検出値とＰＤ１８を用いて検出した第２出力光検出値とから、光増幅部２の利得を算出し、算出した利得と光増幅部２の目標利得とを比較して、光増幅部２の利得が目標利得となるように励起ＬＤ２ｂをフィードバック制御する（矢印Ａ１４、演算記号Ｏ１４、Ｏ１５）。

また、制御部は、ＶＯＡ３に対しては、ＰＤ１０を用いて検出した第１出力光検出値とＰＤ１４を用いて検出した第２入力光検出値とから、ＶＯＡ３の光減衰量を算出し、算出した光減衰量と目標光減衰量とを比較して、光減衰量が目標光減衰量となるようにＶＯＡ３をフィードバック制御する（演算記号Ｏ１３）。この制御方式１は、上述したように、各光増幅部およびＶＯＡのそれぞれを独立して制御しているので、各光増幅部およびＶＯＡのそれぞれの制御誤差が蓄積されるという問題がある。

一方、図６は、公知の光増幅装置における別の制御例を説明するブロック図である。図６に示す光増幅装置２０００は、図１に示す光増幅装置１００と同様の構成を有するが、制御の方式として以下のように上述した制御方式２を行う点が異なる。

すなわち、光増幅装置２０００では、制御部は、光増幅部１に対しては、光増幅装置１０００の場合と同様の制御を行う。つまり、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値をもとに光増幅部１の励起ＬＤ１ｂをフィードフォワード制御する（矢印Ａ１１）。さらに、制御部は、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値とＰＤ１０を用いて検出した第１出力光検出値とから、光増幅部１の利得を算出し、算出した利得と第１目標利得とを比較して、光増幅部１の利得が第１目標利得となるように励起ＬＤ１ｂをフィードバック制御する（矢印Ａ１２、演算記号Ｏ１１、Ｏ１２）。

また、制御部は、光増幅部２に対しては、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値をもとに光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御する（矢印Ａ１５）。さらに、制御部は、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値とＰＤ１８を用いて検出した第２出力光検出値とから、光増幅装置２０００全体の利得を算出し、算出した利得と光増幅装置２０００全体の目標利得とを比較して、光増幅装置２０００全体の利得が目標利得となるように励起ＬＤ２ｂをフィードバック制御する（矢印Ａ１６、演算記号Ｏ１４、Ｏ１５）。

また、制御部は、ＶＯＡ３に対しては、ＰＤ１０を用いて検出した第１出力光検出値とＰＤ１４を用いて検出した第２入力光検出値とから、ＶＯＡ３の光減衰量を算出し、算出した光減衰量と目標光減衰量とを比較して、光減衰量が目標光減衰量となるようにＶＯＡ３をフィードバック制御する（演算記号Ｏ１３）。

この制御方式２は、上述したように、ゲインチルトを与える場合に光増幅装置２０００が所望の動作に対して誤差が生じる場合がある。このように誤差が生じる理由は、ゲインチルトを与えたときに、ＶＯＡ３の目標光減衰量、光増幅部２の目標利得、および光増幅部２のフィードフォワード制御値が変化することが考慮されていないためだと考えられる。

これに対して、図１、２に示す光増幅装置１００では、制御部４は、ゲインチルトを補正する指示を外部から与えられると、ＶＯＡ３の目標光減衰量、光増幅部２の目標利得、および光増幅部２のフィードフォワード制御値を、そのゲインチルトに応じた値に補正することによって、光増幅装置１００全体のゲインチルトの補正を行っている。その結果、上述した制御方式２においては生じてしまう誤差を防止することができる。その結果、光増幅装置１００は少ない誤差で動作することができる。

（制御例２）
図３は、図１に示す光増幅装置の制御例２を説明する図である。図３（ａ）はブロック図であり、図３（ｂ）はフィードフォワード（ＦＦ）制御のテーブルを示す図である。

図３に示すように、制御部４（図１参照）はＦＦ制御のテーブルを格納した記憶部４Ａ、４Ｂを有している。制御部４は、記憶部４Ａに格納されたＦＦ制御１のテーブルを用いて、制御例１と同様にＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値をもとに、光増幅部１の励起ＬＤ１ｂをフィードフォワード制御する。図３（ｂ）のＦＦ制御１のテーブルには、光増幅部１に対する制御値ＦＦ＿Ｇ１ｏ（ｉ）が格納されている。ここで、「ｉ」はテーブルの行番号である。

また、制御部４は、記憶部４Ｂに格納されたＦＦ制御２のテーブルを用いて光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御する。このとき、本制御例２では、制御例１とは異なり、ＰＤ６を用いて検出した第１入力光検出値に、光増幅部１の第１目標利得（図３（ａ）ではＥＤＦＡ１利得と表示）を加算しかつＶＯＡ３の目標光減衰量（図３（ａ）ではＶＯＡロスと表示）を減算した値をもとに（演算記号Ｏ６）、光増幅部２の励起ＬＤ２ｂをフィードフォワード制御している。ＦＦ制御２のテーブルは、第１入力光検出値と、光増幅部１の第１目標利得と、ＶＯＡ３の目標光減衰量と、励起ＬＤ２ｂの駆動電流との対応を示すテーブルである。図３（ｂ）のＦＦ制御２のテーブルＡには、光増幅部２に対する制御値ＦＦ＿Ｇ２ｏ（ｉ）が格納されている。なお、制御値ＦＦ＿Ｇ１ｏ（ｉ）および制御値ＦＦ＿Ｇ２ｏ（ｉ）は、いずれも光増幅部１または２に入力される入力光のパワーがある基準値（たとえば０ｄＢｍ）である状態を基準状態として設定されている。入力光のパワーがこの基準値ではない場合は補正される。たとえば、図３（ｂ）のＦＦ制御２のテーブルＡが、ＦＦ制御１のテーブルに対して、後述するＧ２ｏ＿ＦＦ＿ＯＳでオフセットされているのは、光増幅部２への入力光のパワーが、光増幅部１の利得とＶＯＡ３の光減衰量との影響を受けて基準値からずれているために、基準状態に対して、Ｇ２ｏ＿ＦＦ＿ＯＳによってオフセットするように補正されているからである。

なお、本制御例２における制御部４のその他のフィードバック制御や、ゲインチルトが与えられたときにＶＯＡ３の目標光減衰量、光増幅部２の目標利得、および光増幅部２のフィードフォワード制御値を補正する際に制御部４が行う制御工程については、制御例１の場合と同様である。

制御例１と制御例２とを比較すると、制御例２はより高速の制御が可能になる。一方、制御例１は、一般に光増幅部より応答の遅いＶＯＡの光減衰量を大きく変更しているときには、光増幅部２の入力を、光増幅部１とＶＯＡ３の制御値を用いて光増幅部１から算出する制御例２よりも正確な値でフィードフォワード制御が可能となる。したがって、そのような場合には、制御例１は、制御例２よりも過渡時の特性が優れている。

つぎに、チルト補正をする場合のフィードフォワード制御の補正方法について説明する。チルト補正後のフィードフォワード制御値はたとえば以下のように算出し、テーブルに格納する。

まず、
ΔＧ２：Ｇ２ｏとＧ２との差分
Ｇ２ｏ＿ＦＦ＿ＯＳ：Ｇ２ｏのときのフィードフォワードのオフセット
ＦＦ＿Ｇ２ｏ：Ｇ２ｏのときのフィードフォワードのテーブルに格納された制御値
Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳ：テーブルのオフセットの切片補正
Ｋ＿ＦＦ＿ＳＰ：各テーブルに格納された制御値のスロープ係数
とする。Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳは、Ｇ２ｏのときにＧ２ｏ＿ＦＦ＿ＯＳによって補正されたテーブルを、さらにＧ２用に補正するための補正値であり、Ｋ＿ＦＦ＿ＳＰは、各テーブルに格納された制御値をＧ２用に補正するための係数である。

また、
Ｇ＿ＦＦ＿ＯＳ：チルト補正後のテーブルのオフセットの切片補正分（もしくは各テーブルに格納された制御値の切片補正分）
ＦＦ＿Ｇ２（ｉ）、ＦＦ＿Ｇ２'（ｉ）：チルト補正後に各テーブルに格納される制御値
とする。このとき、以下の式（５）、（６）のようになる。

Ｇ＿ＦＦ＿ＯＳ＝Ｇ２ｏ＿ＦＦ＿ＯＳ＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳ ・・・ （５）
ＦＦ＿Ｇ２（ｉ）＝ＦＦ＿Ｇ２ｏ（ｉ）×（１＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＳＰ） ・・・ （６）

もしくは、
Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳ：各テーブルに格納された値の切片補正分
とすると、以下の式（７）、（８）のようになる。
Ｇ＿ＦＦ＿ＯＳ＝Ｇ２ｏ＿ＦＦ＿ＯＳ ・・・ （７）
ＦＦ＿Ｇ２'（ｉ）＝ＦＦ＿Ｇ２（ｉ）×（１＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＳＰ）＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳ ・・・ （８）

なお、フィードフォワード制御値を補正する場合は、図３（ｂ）に示す、ある光増幅部２の利得Ｇ２に対して設定されたＦＦ制御２のテーブルＡに対して、テーブルＡ内の各制御値を、テーブルＢのようにＦＦ＿Ｇ２'（ｉ）＝ＦＦ＿Ｇ２（ｉ）×（１＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＳＰ）＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳに変更してもよい。または、記憶部４Ｂの容量などによってテーブルのサイズが限られており、上記の変更のための十分なサイズを確保できない場合は、テーブルＣのように、テーブルＡの全体をΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＯＳだけずらし、テーブルＡ内の各制御値をＦＦ＿Ｇ２（ｉ）＝ＦＦ＿Ｇ２ｏ（ｉ）×（１＋ΔＧ２×Ｋ＿ＦＦ＿ＳＰ）に変更してもよい。

（制御例３）
図４は、図１に示す光増幅装置の制御例３を説明する図である。図４（ａ）はブロック図であり、図４（ｂ）はフィードフォワード（ＦＦ）制御のテーブルを示す図である。

図４に示す制御例３は、光増幅部１、２、ＶＯＡ３の制御については、制御例１と同様に行うが、フィードフォワード制御値の補正については、制御例２と同様に行うものである。

なお、上記実施の形態では、光増幅装置は２つの光増幅部を備えているが、３以上の複数の光増幅部を備えていてもよい。

また、上記実施の形態では、光増幅部はＥＤＦＡであるが、本発明は、エルビウム以外の他の光増幅媒体を添加した光ファイバを用いた光増幅部や、ラマン増幅等の他の光増幅方式を用いた光増幅部にも適用できるものである。

なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 第１光増幅部
１ａ,２ａ ＥＤＦ
１ｂ,２ｂ 励起ＬＤ
２ 第２光増幅部
３ ＶＯＡ
４ 制御部
４Ａ 記憶部
４Ｂ 記憶部
５,９,１３,１７ 光カプラ
６,１０,１４,１８ ＰＤ
７,１１,１５,１９ モニタ回路
８,１２,１６,２０ ＡＤコンバータ
２１，２３,２５ ＤＡコンバータ
２２,２４ ＬＤ駆動回路
２６ ＶＯＡ駆動回路
１００ 光増幅装置

Claims (3)

1. 光増幅媒体と、前記光増幅媒体に該光増幅媒体を光励起するための励起光を供給する励起光源とを備える複数の光増幅部と、
   前記複数の光増幅部に含まれる第１および第２光増幅部の間に配置された光可変減衰器と、
   前記第１光増幅部の光入力側において、前記第１光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第１入力光検出器と、
   前記第１光増幅部と前記光可変減衰器との間において、前記第１光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第１出力光検出器と、
   前記光可変減衰器と前記第２光増幅部との間において、前記第２光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第２入力光検出器と、
   前記第２光増幅部の光出力側において、前記第２光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第２出力光検出器と、
   前記第１光増幅部、前記第２光増幅部および前記光可変減衰器を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１入力光検出器が検出した第１入力光検出値と前記第１出力光検出器が検出した第１出力光検出値とから前記第１光増幅部の利得を算出し、前記第１光増幅部の利得が第１目標利得となるように前記第１光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第１入力光検出値をもとに前記第１光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、
   前記第１入力光検出値と前記第２出力光検出器が検出した第２出力光検出値とから、当該光増幅装置全体の利得を算出し、当該光増幅装置全体の利得が第２目標利得となるように前記第２光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第２入力光検出器が検出した第２入力光検出値をもとに前記第２光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、
   前記第１出力光検出値と前記第２入力光検出値とから前記光可変減衰器の光減衰量を算出し、前記光減衰量が目標光減衰量となるように前記光可変減衰器をフィードバック制御し、
   前記第２光増幅部の制御パラメータと前記光可変減衰器の目標光減衰量とを補正することによって、当該光増幅装置全体のゲインチルトの補正を行うことを特徴とする光増幅装置。
2. 光増幅媒体と、前記光増幅媒体に該光増幅媒体を光励起するための励起光を供給する励起光源とを備える複数の光増幅部と、
   前記複数の光増幅部に含まれる第１および第２光増幅部の間に配置された光可変減衰器と、
   前記第１光増幅部の光入力側において、前記第１光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第１入力光検出器と、
   前記第１光増幅部と前記光可変減衰器との間において、前記第１光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第１出力光検出器と、
   前記光可変減衰器と前記第２光増幅部との間において、前記第２光増幅部に入力される入力光のパワーを検出する第２入力光検出器と、
   前記第２光増幅部の光出力側において、前記第２光増幅部から出力する出力光のパワーを検出する第２出力光検出器と、
   前記第１光増幅部、前記第２光増幅部および前記光可変減衰器を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１入力光検出器が検出した第１入力光検出値と前記第１出力光検出器が検出した第１出力光検出値とから前記第１光増幅部の利得を算出し、前記第１光増幅部の利得が第１目標利得となるように前記第１光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第１入力光検出値をもとに前記第１光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、
   前記第１入力光検出値と前記第２出力光検出器が検出した第２出力光検出値とから、当該光増幅装置全体の利得を算出し、当該光増幅装置全体の利得が第２目標利得となるように前記第２光増幅部の励起光源をフィードバック制御するとともに、前記第１入力光検出値に前記第１目標利得を加算しかつ前記光可変減衰器の目標光減衰量を減算した値をもとに前記第２光増幅部の励起光源をフィードフォワード制御し、
   前記第１出力光検出値と前記第２入力光検出値とから前記光可変減衰器の光減衰量を算出し、前記光減衰量が目標光減衰量となるように前記光可変減衰器をフィードバック制御し、
   前記第２光増幅部の制御パラメータと前記光可変減衰器の目標光減衰量とを補正することによって、当該光増幅装置全体のゲインチルトの補正を行うことを特徴とする光増幅装置。
3. 前記第２光増幅部の制御パラメータは、前記第２光増幅部の目標利得およびフィードフォワード制御値を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅装置。

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