JP6051483B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光バースト信号が入力された場合であっても、光サージを抑圧し、入力光を増幅する光増幅器に関するものである。

近年、光ネットワークは、ポイント・ツー・ポイントのネットワークから、Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ（ＲＯＡＤＭ）ノードを用いたリングネットワークへ、その形態が変化してきている。現在、インターネットトラフィックは、年率１４０％で増え続けており、今後も継続した増加が予想されている。

こうした状況の中、次世代のネットワークでは、トラフィックの増大に対応すべく、効率的に波長資源を活用することが求められ、ＲＯＡＤＭにおいて、通信容量の過渡的な変動に応じて、ダイナミックに波長信号数を変えることのできるダイナミックＲＯＡＤＭが必要とされる。更に、効率的な帯域の利用も必要になると考えられており、Ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｃｋｅｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＯＰＳ）システムや、 Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｕｒｓｔ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＯＢＳ）システム等の新しいネットワーク開発が行われている。

従来のネットワーク上での光信号は、安定した光信号強度で伝送されていたが、ダイナミックＲＯＡＤＭでは、過渡的な通信容量の変動に応じた波長数の切替えにより、光信号強度変動が生じる。又、ＯＰＳ、ＯＢＳシステムネットワークにおける光信号は、パケット、バースト単位で伝送される為、信号間は完全な消光状態となっている。

通常の光ネットワークにおいては、伝送距離の延長、伝送路中の損失補償の為に、光増幅器が使用されている。従来の光増幅器は安定した光信号強度を増幅することを前提としているため、過渡的な光信号強度変動や、パケット、バースト信号の様な完全に消光する状態で使用すると、光サージと言われる現象や、過渡的な出力変動が生じる為、使用することが出来ない。

このような過渡的な光信号入力においても、使用可能な光増幅器技術としては、例えば、希土類添加ファイバへの光信号の入力時間と、光信号をモニタした結果に応じた励起光強度の入力時間とを遅延要素を用いて調整することにより、対応する方法が考案され特許文献１に記載されている。

又、特許文献２では、光信号をモニタした結果に応じた励起光強度をフィードフォーワード制御により制御する際に、制御信号をオーバーシュート信号にすることで、応答性能を改善する方法が考案されている。更に、特許文献３では遅延手段を導入することで、高速応答性能の改善が提案されている。

特開２００２−２６１３６４ 特開２００８−３００８１２ 特開２００９−２００４５４

上記のような技術では、様々な強度変動量や、様々なパケット、バースト長の光信号の入力に応じた励起光強度条件にする必要がある。しかしながら、特許文献１の方法では、挿入される遅延要素が固定のため、様々な光入力条件への対応に課題があった。

特許文献２、３による、励起光強度をオーバーシュート信号により制御を行う方法についても、特許文献１と同様に様々な入力条件に応じた励起光強度条件への対応に課題があった。

本発明は、以上のような実情を鑑み、入力信号条件が様々な入力光強度及び時間幅においても、ゲインの過渡応答によるゲインエラー及び光サージを抑圧し、入力光を増幅する光増幅器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光増幅器は、ローレベルの入力光強度と、ハイレベルの入力光強度とを用いた正確なゲイン調整により、様々な入力光強度及び時間幅の入力信号条件においても、ゲインの過渡応答によるゲインエラー及び光サージを抑圧した入力光の増幅を実現するものである。

請求項１記載の光増幅器は、少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記入力モニタ手段を利用して、前記光増幅手段の増幅制御を行うための制御手段を含む光増幅器において、ローレベルの入力光強度と、ハイレベルの入力光強度とに応じた、利得制御を行うことを特徴とする光増幅器である。

「入力モニタ手段」とは、前期光増幅器への入力光の強度情報を含んだ電気信号または光信号をモニタする手段を意味する。「光増幅手段」とは、光や電子により励起され、出力光強度を入力光強度よりも大きくする増幅手段であり、光増幅媒体を含む。ここで、ハイレベルとは、信号光強度であり、ローレベルとは、信号光強度より低いレベルを意味する。

また、本発明の光増幅器は、少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記入力モニタ手段を利用して、前記光増幅手段の増幅制御を行うための制御手段を含む光増幅器において、ローレベルに対応した励起光強度と、ハイレベルに対応した励起光強度とを用いて、前記光増幅手段をフィードフォワード制御することを特徴とする光増幅器も含む。

「フィードフォワード制御」とは、被制御対象物も入力する信号の大きさに応じて、被制御対象物に対して制御信号を出力し、被制御対象物を駆動する制御を意味する。

更に、請求項１記載の光増幅器は、少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記入力モニタ手段を利用して、前記光増幅手段の増幅制御を行うための制御手段を含む光増幅器において、ローレベルでのゲインと、ハイレベルでのゲインを同一になるように制御することを特徴とする光増幅器でもある。

また、本発明の光増幅器は、少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記入力モニタ手段を利用して、前記光増幅手段の増幅制御を行うための制御手段を含む光増幅器において、ローレベルに対応した励起光強度と、ハイレベルに対応した励起光強度とを用いて、前記光増幅手段をフィードフォワード制御するとともに、ローレベルでのゲインと、ハイレベルでのゲインを同一になるように制御することを特徴とする光増幅器も含む。

請求項２記載の光増幅器は、前記制御手段に乗算器と、足し算器とを含むことを特徴とした請求項１に記載の光増幅器である。

「乗算器」とは、乗算を行う回路を意味する。「加算器」とは、加算を行う回路を意味する。

請求項３記載の光増幅器は、前記制御手段に乗算器と、足し算器と、ＦＩＲフィルタを含むことを特徴とした請求項１または請求項２のいずれかに記載の光増幅器である。

「ＦＩＲフィルタ」とは、有限インパルス応答フィルタを意味する。

以上のように、本発明によれば入力信号条件が様々な入力光強度及び時間幅においても、ゲインの過渡応答によるゲインエラー及び光サージを抑圧し、入力光を増幅する光増幅器の提供が可能となる。

入力光強度に対するゲイン図 バースト入力光強度時間波形図 バースト出力光強度時間波形図 従来技術と本発明での入力光強度に対する励起光強度調整範囲図 従来技術と本発明での入力光強度に対するゲイン比較図 本発明の第一の実施形態図

以下、本発明を実施するための形態を図面にもとづいて説明する。

本発明は、バースト信号入力時におけるゲインの過渡応答のメカニズムから、ゲイン一定制御を行う上で、最適な励起光強度制御により、ゲインの過渡応答によるゲインエラー及び光サージを抑えるための励起光強度の制御方法を提案している。

まずは、バースト信号入力時における、ゲインの過渡応答について説明する。

図１は、光増幅器の入力光強度に対するゲインの関係の一例を示すグラフである。グラフ中の（１）、（２）、（３）は励起光強度を変化させた場合の特性であり、（１）→（２）→（３）の順に励起光強度を増加させた特性を示している。図２は、光増幅器へのバースト入力強度時間波形の一例を示しており、ローレベル強度が−３０ｄＢｍ、ハイレベル強度が−１０ｄＢｍを示している。図３は、励起光強度が（２）の状態に一定に制御された光増幅器に、図２のバースト波形を入力した際に出力される、出力光強度時間波形の一例を示している。図１のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは図２、図３のそれぞれのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応している。

図２の入力波形が図３の出力波形となるメカニズムについて、図１を用いてＡ→Ｂ、Ｂ→Ｃ、Ｃ→Ｄ、Ｄ→Ａの順に説明する。

ローレベルであるＡの強度が、ハイレベルのＢへ変化すると、図１の点線矢印で示すようにゲイン２０ｄＢを保ったまま、Ｂへ移行する。（Ａ→Ｂ）

Ｂへの移行直後からゲインの減少が始まり、最終的には（２）上のゲイン１０ｄＢとなるＣへ移行する。（Ｂ→Ｃ）

ハイレベルであるＣの強度が、ローレベルのＤへと変化すると、図１の点線矢印で示すようにゲイン１０ｄＢを保ったまま、Ｄへ移行する。（Ｃ→Ｄ）

Ｄへの移行直後からゲインの増加が始まり最終的には（２）上のゲイン２０ｄＢとなるＡへ移行する。（Ｄ→Ａ）

このように、図１のような入力光強度に対するゲインの関係が分かれば、入力光強度条件より、出力光強度結果を想定することが可能である。

本発明では、入力光強度が微少な入力の光強度から、大きな入力の光強度までの範囲において、入力光強度モニタからの出力を用いて、光増幅器ゲインが一定となるように最適な励起光強度制御を行っている。

図４は、従来技術と本発明での入力光強度に対する励起光強度調整範囲を示している。
図５は、従来技術と本発明での入力光強度に対するゲイン比較を示している。

従来技術では、想定される光増幅器への入力光強度範囲内での正確なゲイン調整を行っている。従って、一般的に入力光強度としては０と見なされるような微少な入力は想定されておらず、微少入力領域での調整は行われていない。一方、本発明では上記の０と見なされるような微少な入力領域での正確なゲイン調整を行っていることを特徴としている。

その結果、図５に示されるように、従来技術では、微少入力時の目標ゲインからの誤差が大きく、バースト信号入力時において大きな光サージ、又はゲインの過渡応答によるゲインエラーが生じる。一方、本発明では微少入力領域での調整が行われるため、広範囲でのゲイン一定制御により、光サージ、又はゲインの過渡応答によるゲインエラーの抑圧が可能である。

第一の実施形態を図６に示す。光増幅器は、入力モニタ手段３、光増幅手段６、制御手段１０、から構成されている。

入力モニタ手段３は、ＴＡＰ型の受光素子４と、トランスインピーダンスタイプ電気アンプ回路（ＴＩＡ）５とで構成している。また、入力光の一部を光カプラで分岐し、入力光のレベルをモニタしてもよい。さらには、本光増幅器よりも前段において分岐された入力光の一部を光増幅器の入力モニタ手段（フォトダイオード、ＴＩＡ）に入力させることも可能である。

また、ＷＤＭカプラで監視制御光を分離し、その監視制御光処理部により、入力光レベルを等価的に表す電気信号を入力モニタ手段に受け渡すことにより、入力光のレベルをモニタすることも可能である。さらには、光増幅器前段で既に処理された監視制御光処理部からの入力光レベルを等価的に表す電気信号を入力モニタ手段に受け渡すことにより、入力光のレベルをモニタすることも可能である。

光増幅手段６は、光増幅媒体７としてＥＤＦを用い、ＰＵＭＰ−ＬＤ８とＰＵＭＰ−ＬＤの駆動回路９で構成している。設定する増幅率（ゲイン）によっては、光増幅媒体７の後方から励起光が注入されるようにＰＵＭＰ−ＬＤを追加してもよい。光増幅手段は、ＥＤＦの他に、ＰＤＦ（Ｐｒａｓｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）などの希土類添加ファイバや半導体光増幅器デバイスなども該当する。

光増幅手段６の制御にりいては、入力光のレベル変化に応じて、高速に光増幅手段６を駆動するために、入力側ＴＩＡ５出力情報により、制御手段１０を介して電気信号に変換し、ＰＵＭＰ−ＬＤ駆動回路９に入力し、ＰＵＭＰ−ＬＤ８をフィードフォワード制御で駆動している。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲における変形による実施は可能である。

本発明によれば、バースト信号に対応した光増幅器が実現できるため、光通信機器として利用することが可能である。

１ 入力光
２ 出力光
３ モニタ手段
４ ＴＡＰ−ＰＤ
５ ＴＩＡ
６ 光増幅手段
７ 光増幅媒体
８ ＰＵＭＰ−ＬＤ
９ ＰＵＭＰ−ＬＤ駆動回路
１０ 制御手段

Claims (3)

1. 少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記入力モニタ手段を利用して、前記光増幅手段の増幅制御を行うための制御手段を含む光増幅器であって、前記光増幅手段をフィードフォワード制御する手段（フィードフォワード手段）を含み、前記制御手段が、ローレベルの入力光強度と、ハイレベルの入力光強度とに応じた利得制御を行うとともに、前記ローレベルの入力光強度のゲインと、前記ハイレベルの入力光強度のゲインとを同一ゲインにするように制御することを特徴とする光増幅器。
2. 前記制御手段に乗算器と、加算器とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
3. 前記制御手段に乗算器と、加算器と、ＦＩＲフィルタを含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光増幅器。

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