JP6223931B2 - 光増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は、光アクセスシステムにおける光伝送距離を伸ばすための光増幅装置に関する。

近年の通信トラフィック量の爆発的増大により、設備センタとユーザ間を接続するアクセスネットワークにはより高い高速性が求められている。また同時に、既存のサービスに比べてサービス提供価格を上昇させないための高い経済性も求められている。この高速性と経済性を両立可能なアクセスネットワークシステムとしてＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）がある。ＰＯＮは光ファイバを用いた光信号の変調に基づくネットワークであり、従来のメタル配線を用いたネットワークよりも高い高速性を得ることができる。また、ＰＯＮでは、設備センタに収容される通信用インタフェース（以下ＰＯＮ−ＩＦ）１枚あたりに対し、光ファイバ線路途中に配置された光スプリッタによる光分岐のみによって多ユーザを収容することができることから、経済性にも優れたネットワークといえる。

このＰＯＮは従来、最大１Ｇｂｐｓの帯域を３２ユーザで共有するＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）が主流であった。これに対し、次世代ＰＯＮとして、最大１０Ｇｂｐｓの帯域を有し、ＧＥ−ＰＯＮとの共存が可能な１０Ｇ−ＥＰＯＮ（１０Ｇｂｐｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）の標準化、および研究開発が行われている（非特許文献１）。このシステムを用いることで、通信トラフィック量の増大にも対応可能なアクセスネットワークを、既存のＧＥ−ＰＯＮ向け設備を利用して経済的に構築することができる。

一方、多ユーザ収容のために光ファイバの多分岐化を行うと、その際に発生する分岐損により、設備センタに収容可能なユーザまでの距離（アクセス可能距離）を短縮させる。このアクセス可能距離の短縮は、ユーザの位置分布に合わせて設備センタを密に配置しなければならないことを意味するため、設備投資を増加させ、結果としてＰＯＮの持つ優れた特長の一つである経済性を損なってしまう。従って、１つのＰＯＮ−ＩＦに対して多ユーザを収容しても、アクセス可能距離を短縮させない工夫が必要である。

この課題を解決する方法として、強度が減衰した光バースト信号を光アンプによって増幅させる方法がある。これによって、アクセス可能距離を長延化することができ、より経済性に優れたアクセスネットワークを構築することができる。光増幅器を用いてアクセスネットワークを長延化した例が特許文献１である。この発明は光アンプ、光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）、フィードフォワード制御部、可変アッテネータ（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の４つの構成要素からなる。アンプに入力されるパワーは、ＯＮＵの設置距離や通信用レーザの個体間毎にパワーが大きく異なるため、フィードフォワード制御部でパワーを検出し、ＶＯＡの挿入損失量を増減させる。光アンプ部で増幅された信号はＢＰＦで自然放出（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）ノイズが除去された後にＶＯＡ段でパワーが一定になるよう、バースト信号毎に自動レベル制御（ＡＬＣ：Ａｕｔｏ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）される。この場合、フィードフォワード的に入力光パワーを監視し、後段の可変光アッテネータの挿入損失量を決定するだけであるから制御系が単純となり、安定かつ高速に出力パワーを制御することができる。この機構によって、様々な入力パワーを有するバースト信号を増幅し、かつ一定の出力パワーで光増幅してシステムの長延化を実現することができる。

特許４８３４１６４号公報

ＩＥＥＥ ８０２．３−２０１２，Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｆｉｖｅ，Ａｎｎｅｘ ７５Ａ

しかしながら、ＡＳＥノイズ除去のためには以下の２つの課題がある。
１つ目は、１０Ｇ−ＯＮＵとＧＥ−ＯＮＵの混在である。ＧＥ−ＰＯＮにおいて最も広く普及しているＰＸ１０規格では低コスト化を図るため、ＯＮＵ側送信段に対し安価なファブリーペローレーザを用いている。このファブリーペローレーザは仕様上１３１０ｎｍ±５０ｎｍの広い波長範囲において、くし形の上り発振スペクトルを有する。これに対し１０Ｇ−ＥＰＯＮのＯＮＵ送信段にはＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザを使用しているため、仕様上１２７０ｎｍ±１０ｎｍの急峻な上り発振スペクトルを有する。ＧＥ・１０Ｇデュアルレートで長延化を図るには、この２つの特徴的なスペクトルを有する上り信号を１台の光増幅装置で増幅させる必要がある。

特許文献１における光増幅器でＧＥ−ＯＮＵ（ＰＸ１０）、１０Ｇ−ＯＮＵ両方の上り信号のデュアルレート増幅を行うと、ＧＥ−ＯＮＵ（ＰＸ１０）のスペクトルに合わせてＡＳＥノイズ除去用光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の幅を設定しなければならなくなる。従って、１０Ｇ−ＯＮＵが急峻なスペクトルを有するにも関わらず、光バンドパスフィルタのウィンドウ幅を狭めることができなくなり、光中継増幅装置から出力される信号は多くのＡＳＥノイズを含むようになる。これは結果として信号品質の劣化をもたらし、トランシーバ受光感度に一定のペナルティを与える。この結果として光アンプに長延化効果を減少、あるいは無効化させてしまう。

２つ目は、波長の個体差及び時間変動である。例えば、１０Ｇ−ＥＰＯＮのＯＮＵは仕様上１２７０ｎｍ±１０ｎｍの波長を有するが、瞬時的な波長は２０ｎｍの範囲に対しては線スペクトルとなる。同じＯＮＵであっても温度等の外乱による波長変動や、ＯＮＵの個体差による発信波長の差異があり、結果として２０ｎｍ幅のＡＳＥノイズ除去用ＢＰＦが必要となる。ＧＥ−ＯＮＵにしても同様で、中心波長に個体差、時間変動を有している。これは結果として、信号品質の劣化をもたらし、トランシーバ受光感度に一定のペナルティを与える。この結果として光アンプに長延化効果を減少、あるいは無効化させてしまう。

したがって、１０Ｇ−ＯＮＵとＧＥ−ＯＮＵをデュアルレートで増幅し、バースト信号の波長をより狭帯域のＢＰＦで抜き出し、ＡＳＥノイズの影響をできるだけ減少させなければならない。

本発明では上記課題に鑑み、光バースト信号毎に波長幅、中心波長の異なる帯域通過機能を適応的に実現することができ、ＡＳＥノイズの影響を大幅に低減することを目的とする。

本発明の光増幅装置は、
複数の波長区間を有するバースト信号を増幅する光アンプと、
前記光アンプで増幅されたバースト信号を前記区間ごとに分波する分波器と、
前記波長区間ごとに備わり、前記分波器で分波されたバースト信号を波長区間ごとに入り切りする複数の光スイッチと、
前記複数の光スイッチで入り切りされた光信号を合波する合波器と、
前記合波器で合波されたバースト信号に含まれる各波長区間の信号強度を検出する検出部と、
前記検出部が信号を検出した波長区間の前記光スイッチを入りにし、前記検出部が検出しない波長区間の前記光スイッチを切りにする制御部と、
を備える。

本発明の光増幅装置では、前記制御部は、前記検出部の検出する信号強度が一定時間にわたって一定以上低下するか、或いは前記検出部の検出する信号強度が特定のパターンを示したことをもって、前記バースト信号が終了したことを判定し、前記光スイッチの少なくとも一部を入りにしてもよい。

本発明の光増幅装置では、前記光アンプは、バースト信号の開始又は終了を検出し、
前記制御部は、前記光アンプの検出するバースト信号の開始又は終了のときに前記光スイッチの少なくとも一部を入りにしてもよい。

本発明の光増幅装置では、前記制御部は、前記バースト信号が終了する前に、前記検出部の検出する信号強度が一定時間にわたって一定以上低下した場合、入り状態の光スイッチの隣接波長に対応する切り状態の１つ以上のスイッチを入りにしてもよい。

本発明の光増幅装置では、
前記光アンプで増幅されたバースト信号を２以上のｍ個に電力分配する電力分配器と、
前記電力分配器で電力分配されたバースト信号を電力合成する電力合成器と、
をさらに備え、
前記分波器、前記複数の光スイッチ及び前記合波器を、前記電力分配器の電力分配したｍ個のバースト信号ごとに備え、
前記分波器は、前記電力分配器の電力分配したバースト信号を、波長区間ごとに、前記波長区間の波長間隔をｍ分割した波長ずつずれた通過波長で分波し、
前記複数の光スイッチは、前記分波器で分波されたバースト信号を波長区間ごとに入り切りし、
前記合波器は、前記光スイッチで入り切りされた光信号を、前記電力分配器の電力分配したバースト信号ごとに合波し、
前記電力合成器は、前記合波器で合波されたｍ個のバースト信号を電力合成し、
前記検出部は、前記電力合成器で電力合成されたバースト信号に含まれる各波長区間の信号の有無を検出し、
前記制御部は、前記検出部が信号を検出した波長区間の前記光スイッチを入りにし、前記検出部が検出しない波長区間の前記光スイッチを切りにしてもよい。
ここで、前記電力分配器と前記分波器の間の光路に、バースト信号を増幅する光アンプをさらに備えてもよい。

本発明の光増幅装置の制御方法は、
複数の波長区間を有するバースト信号を増幅する光アンプと、
前記光アンプで増幅されたバースト信号を前記区間ごとに分波する分波器と、
前記波長区間ごとに備わり、前記分波器で分波されたバースト信号を波長区間ごとに入り切りする複数の光スイッチと、
前記複数の光スイッチで入り切りされた光信号を合波する合波器と、
前記合波器で合波されたバースト信号に含まれる各波長区間の信号強度を検出する検出部と、
前記検出部が信号を検出した信号強度に基づいて、前記光スイッチの入り切りを制御する制御部と、
を備える光増幅装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記光スイッチのすべてを入り状態にした後に、１つ以上の前記光スイッチを順に切り状態にしながら信号強度を観測し、信号強度が予め定められた一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうちのすべてまたは一部を切り状態から入り状態に戻す第１の手順と、
前記第１の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうちのすべてまたは一部を切り状態から入り状態に戻す第２の手順と、
前記第２の手順で２つ以上の光スイッチの操作を同時に行った場合において、直前に同時に操作を行った光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする第３の手順と、
前記第３の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態に戻す第４の手順と、
前記第１の手順から前記第４の手順の後又は前記第１の手順から前記第４の手順における光スイッチの操作と交互または同時に、前記第１の手順から前記第４の手順で行った側とは異なる側の波長から１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする第５の手順と、
前記第５の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態もどす第６の手順と、
前記第６の手順で２つ以上の光スイッチの操作を同時に行った場合において、直前に同時に操作を行った光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする第７の手順と、
前記第７の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態もどす第８の手順と、
を有する。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、光バースト信号毎に波長幅、中心波長の異なる帯域通過機能を適応的に実現することができ、ＡＳＥノイズの影響を大幅に低減することが可能となる。

実施形態１に係る光増幅装置の構成の一例を示す。 実施形態１における分波器及び合波器の波長特性の一例を示す。 光アンプに入力されるバースト信号の一例を示す。 光アンプで増幅後のバースト信号の一例を示す。 合波器から出力されるバースト信号の一例を示す。 実施形態６に係る光増幅装置の構成の一例を示す。 実施形態６における分波器及び合波器の波長特性の一例を示す。 実施形態８に係る光増幅装置の構成の一例を示す。 実施形態１０に係る光増幅装置の構成の一例を示す。 信号強度と波長配置の一例を示す。 光スイッチの制御方法の第１例の疑似コードを示す。 光スイッチの制御方法の第１例の制御結果の一例を示す。 スイッチング時間の増大を回避するための制御方法の疑似コードを示す。 光スイッチの制御方法の第２例の疑似コードを示す。 光スイッチの制御方法の第２例の制御結果の一例を示す。 光スイッチを完全にＯＦＦにしない場合の光スイッチの制御方法の第２例の制御結果の一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係る光増幅装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る光増幅装置は、光アンプ１１と、分波器１２と、複数の光スイッチ１３と、合波器１４と、検出部として機能するＰＤ１５と、制御部として機能する制御器１６と、を備える。

光増幅装置は、コンピュータを、制御器１６として機能させることで実現してもよい。この場合、光増幅装置内のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が、記憶部（不図示）に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、各構成を実現する。

光アンプ１１は、入力光バースト信号を増幅する。分波器１２は、光アンプ１１で増幅された光信号を２以上のｎ個の波長区間で分波する。光スイッチ１３は、分波後の光信号を波長区間ごとに入り切りする。合波器１４は、分波した波長で光信号を合波する。分波器１２及び合波器１４は、例えば、図２のよう特性を持ち、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）などを用いることができる。

まず、複数台接続されたＧＥ−ＯＮＵ及び１０Ｇ−ＯＮＵからのバースト信号が該光増幅器へ入力される場合を考える。ＧＥ−ＯＮＵは１３１０ｎｍ±５０ｎｍの波長範囲においてくし形の上り発振スペクトルを、１０Ｇ−ＯＮＵ送信段は１２７０ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲において急峻な上り発振スペクトルを有することとし、同一のＯＮＵ種別でも個体間で中心波長が仕様の範囲内でばらつくこととする。

入力されたバースト信号（図３）は、光アンプ１１で増幅される（図４）。この光アンプ１１は、光バースト信号が増幅可能なように、その入力信号や出力信号を用いてその増幅度をフィードフォワード制御やフィードバック制御を用いて適切に制御してもよい。

光アンプ１１で増幅され、ＡＳＥ成分を含む光バースト信号は、波長スペクトルの波長区間ごと（λ_０〜λ_１，λ_１〜λ_２，…，λ_ｎ−１〜λ_ｎ）に分波器１２を用いて分波される。なお、すべてのｋに対して、λ_ｋ−λ_ｋ−１は一定でなくてもよい。ｋはｎ以下の自然数である。

分波器１２で分波された信号はそれぞれ光スイッチ１３を通過し、波長区間ごと（λ_０〜λ_１，λ_１〜λ_２，…，λ_ｎ−１〜λ_ｎ）に合波器１４を用いて合波される。なお、ＡＳＥ成分のみの波長区間に対応する光スイッチを切り状態にし、信号成分のある波長区間を入り状態にする（図５）。

各光スイッチは、数ナノ〜数十ナノ秒以下の応答速度が求められることから電気光学効果を用いる方式を採用することが望ましい。また、光スイッチとしてＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）やＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や変調器を用いてもよい。このような入り状態と切り状態の中間的な出力状態が設定できるデバイスでは、光スイッチの一時的な操作状態においては、完全に切り状態にせずに、一定程度出力を弱める操作を行なったあとで、状態確定時において完全に切り状態にしても構わない。

この光スイッチ制御のために、本光増幅装置は、波長合波後に信号強度を検出する検出部と、検出部で検出された信号強度に基づき光スイッチを制御する制御部と、を備えてもよい。具体的には合波器１４の後段で数分の１から数十分の１程度の一部の光を分岐出力し、それを検出部であるＰＤ１５で電気信号に変換し、制御器１６に入力する。制御器１６から各光スイッチの入り／切りを制御する。

この制御器１６は、光バースト信号毎に全光スイッチまたは指定の光スイッチを入りにし、バースト開始時にバースト光の波長のみを通過する光スイッチのみ入りにしてもよい。

異なるバースト信号では、多くの場合ＯＮＵが異なるため、信号の波長が異なる。そのため、バースト信号が途絶えると、一旦、すべての光スイッチを入り状態にして、全波長通過状態にする。その上で、ＰＤ１５でバースト信号に含まれる各波長区間の信号強度をモニタし、バースト信号の波長が通過する光スイッチのみ入り状態になるよう、その他の光スイッチを切り状態に遷移させる。

なお、このときＯＮＵからの発信される波長が本光増幅装置の対応する波長λ_０〜λ_ｎよりも狭いことが既知である場合、バースト信号毎に全光スイッチを入り状態にする必要はなく、より狭い範囲の波長の光スイッチのみを入り状態にしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る光増幅装置は、バースト信号毎に波長幅、中心波長の異なるＢＰＦ機能を適応的に実現することで、ＡＳＥノイズの影響を大幅に低減できる。これにより、本実施形態に係る光増幅装置は、１０Ｇ−ＯＮＵとＧＥ−ＯＮＵをデュアルレートで増幅し、光伝送距離を伸ばすことが可能な光増幅装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態では、バースト信号の受信開始時における制御器１６の制御アルゴリズムの一形態を説明する。制御器１６は、第１の手順である手順１と、第２の手順である手順２と、第３の手順である手順３と、第４の手順である手順４と、手順５と、第５の手順である手順６と、第６の手順である手順７と、第７の手順である手順８と、第８の手順である手順９と、手順１０と、を備えることを特徴としてもよい。手順６は、手順１〜５の完了後または、手順１〜４における光スイッチの操作と交互または同時に行う。

手順１では、制御器１６が、バースト信号の開始時に入り状態の光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする。
手順１の操作途中で観測されたバースト信号の強度が一定以上低下した場合に手順２を行う。手順２では、制御器１６が、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態にもどす。

手順２で２つ以上の光スイッチの操作を同時に行った場合、手順３を行う。手順３において、制御器１６が、直前に同時に操作を行った光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする。
手順３の操作途中で観測されたバースト信号の強度が一定以上低下した場合に、手順４を行う。手順４では、制御器１６が、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態にもどす。
手順５では、手順３及び手順４を必要に応じ繰り返す。

手順６では、制御器１６が、バースト信号の開始時に入り状態の光スイッチのうち最もその対応する波長の短いもの、または、最もその対応する波長の長いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする。

手順６の操作途中で観測されたバースト信号の強度が一定以上低下した場合に、手順７を行う。手順７では、制御器１６が、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態にもどす。

手順７で２つ以上の光スイッチの操作を同時に行った場合に手順８を行う。手順８では、制御器１６が、直前に同時に操作を行った光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする。
手順８の操作途中で検出されたバースト信号の強度が一定以上低下した場合に手順９を行う。手順９では、制御器１６が、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態にもどす。
手順１０では、手順８及び手順９を必要に応じ繰り返す。

波長がλ_０〜λ_１６に、またそれぞれの波長区間に対応する光スイッチとして光スイッチ１３_１〜１３_１６を具備し、バースト信号の波長がλ_８〜λ_１１にわたって分布する場合の光スイッチの制御方法について、より具体的に図１０を用いて説明する。λ_８〜λ_１１に対応する光スイッチは１３_９〜１３_１１であり、バースト信号を抜き出すには、光スイッチ１３_９〜１３_１１を入り状態に、その他の光スイッチを切り状態に制御することが目標となる。

制御方法の１例の疑似コードを図１１に示す。本方法は、バースト開始時に一旦すべての光スイッチを入り状態にした後、短波長側もしくは、長波長側から１つずつ光スイッチを切り状態にして信号強度が一定値以下になった場合に、その光スイッチの対応する波長区間にバースト信号が含まれているものとして入り状態に戻す。

なお、図１１に示した疑似コードでは、短波長側から走査しているが、長波長側から走査しても構わない。また、本疑似コードでは、短波長側に続き長波長側と片側ずつ走査をしているが、両側から同時に走査しても構わない。両側から走査を行う場合は、バースト信号の強度の低下判定時に、どちら波長側か分からないため、戻し操作を片側ずつ行い。その後、バースト信号光の波長を含まない側の波長の光スイッチは片側と同様に走査を続ける。

このようにして図１０の波長を走査し、光スイッチを制御した結果を図１２に示す。０回目は、バースト信号の検知時の光スイッチ状態である。１回目では短波長側の光スイッチ１３_１をＯＦＦ（切り状態）にし、順次９回目までに光スイッチ１３_９までＯＦＦにする。この時点で、バースト信号光を含む光スイッチ１３_９をＯＦＦにしたことで強度が低下するため、１０回目では光スイッチ１３_９をＯＮ（入り状態）に戻し短波長側からの走査を終了する。１１回目では、長波長側からの走査を短波長側と同様に行い１７回目に光スイッチ１３_１１をＯＮに戻して走査を完了する。

なお、ＶＯＡやＳＯＡや変調器を光スイッチとして用いた場合は、各操作の途中では、光スイッチを完全にＯＦＦにはせず、ＰＤ１５で強度の変化を検出できる程度に中間的な状態とすることもできる（図１３）。例えば、９回目の光スイッチ操作ではバースト信号を含む波長に対応する光スイッチ１３_９をＯＦＦにする。これにより、バースト信号の疎通が阻害される可能性がある。そこで、９回目の操作の段階では、バースト信号の疎通が阻害されず、また同時にＰＤ１５での強度変化を検出できる程度の通過損失を光スイッチ１３_９に設定することができる（ＭＩＤ状態）。

したがって、例えば１回目の光スイッチ１３_１のＯＦＦでも中間程度の通過損失（ＭＩＤ）であり、２回目の操作において、光スイッチ１３_１は通過損失が最大状態のいわゆるＯＦＦ状態に以降し、光スイッチ１３_２は１回目の光スイッチ１３_１と同様に中間状態（ＭＩＤ）に設定される。以降ｎ＋１回目の操作時に新たに操作する光スイッチは中間状態に、ｎ回目の光スイッチの状態を確定しＯＦＦへと移行させることもできる。

上記の手法では、すべての光スイッチの操作を完了する時間のＯ（ｎ）のオーダが必要となる。バースト信号は可能な限り、早く出力を安定させる必要があり、スイッチング時間は可能な限り短縮しなければならない。

このスイッチング時間の増大を回避するための制御方法の疑似コードを図１３に示す。この方法が図１１に示した方法と異なるのは、切り状態にする、または入り状態にするスイッチ数である。初期ではできるだけ多くの光スイッチを同時に操作し、徐々に光スイッチを操作する数を減らしていく。初期状態では、スイッチ数の半分を操作し、その後、その数を入り状態または切り状態への操作毎に半分に減らす。

このような制御を行うことでスイッチング時間をＯ（Ｌｏｇ ｎ）オーダに減ずることができる。これにより、多数の光スイッチを用いても現実的なスイッチング時間を実現できる。なお、図１４に示した疑似コードでは、短波長側から走査しているが、長波長側から走査しても構わない。

図１５に、図１４の制御を行った結果を示す。０回目は、バースト信号の検知時のスイッチ状態である。１回目では短波長側の光スイッチ１３_１〜光スイッチ１３_８の８個の光スイッチをまとめてＯＦＦ（切り状態）にする。２回目では１回目の半分の４個の光スイッチ_９〜光スイッチ１３_１２をＯＦＦにする。３回目では、光スイッチ１３_９〜光スイッチ１３_１１に対応する波長にはバースト信号が含まれているため、２個の光スイッチ１３_１１及び１３_１２をＯＮにする。この状態でもバースト信号の波長をＯＦＦ状態にしたままであるため、４回目では光スイッチ１３_１０を、続いて５回目では光スイッチ１３_９をＯＮに戻し、短波長側の走査が完了する。続いて、６回目に長波長側の半分である４個の光スイッチ１３_１３〜１３_１６をＯＦＦにし、続いて７回目では２個の光スイッチ１３_１１、１３_１２をＯＦＦにする。光スイッチ１３_１１の対応する波長にはバースト信号が含まれているため、８回目では光スイッチ１３_１１をＯＮに戻し走査を完了する。

なお、ＶＯＡやＳＯＡや変調器を光スイッチとして用いた場合は、各操作の途中では、光スイッチを完全にＯＦＦにはせず、ＰＤ１５で強度の変化を検出できる程度に中間的な状態とすることもできる（図１６）。

例えば１回目の光スイッチ１３_１〜１３_８の操作では中間程度の通過損失（ＭＩＤ）状態にし、２回目の操作でＯＦＦに移行する。２回目の操作では光スイッチ１３_９〜１３_１２がＭＩＤとなり、状態が確定するまでの３回目、４回目も１３_９と１３_１０のＭＩＤは維持される。同様に６回目では、光スイッチ１３_１３〜１３_１６がＭＩＤになり、７回目の操作で光スイッチ１３_１３〜１３_１６はＯＦＦで、光スイッチ１３_１１と光スイッチ１３_１２がＭＩＤとなり、８回目の操作で光スイッチ１３_１１はＯＮに戻り光スイッチ１３_１２はＭＩＤのままであり、９回目にＯＦＦへ移行させることもできる。

（実施形態３）
また、制御器１６は、バースト信号の途中であって、検出されたバースト信号の強度が一定時間にわたって一定以上低下した場合に、またはバースト信号の強度が特定のパターンを示した場合に、全光スイッチまたは指定の光スイッチを入りにしてもよい。特定のパターンは、例えばＥＯＢ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｂｌｏｃｋ）のパターンである。

応答速度の遅いＰＤ１５または制御器１６の場合は、バースト信号がなくなれば信号強度が一定以下に低下することから、その低下をもってバーストの終了と見なすことができる。一方で、応答速度が速いＰＤ１５または制御器１６であれば、ＰＯＮ信号のＥＯＢを読みとり、このＥＯＢのパターンを発見した場合にバーストの終了と見なすこともできる。

（実施形態４）
光アンプ１１は、バーストの終了または開始を検知可能なバースト対応増幅器であってもよい。この場合、制御器１６は、光アンプ１１からのバースト終了または開始信号を得る手順と、どちらかの情報を基に、全光スイッチ１３または指定の光スイッチ１３を入りにする手順と、を備える。つまり、制御器１６は、ＰＤ１５の信号のみに依存して、バーストの終了を検知しなくてもよく、光アンプ１１におけるバースト検知の信号をそのまま活用することもできる。

（実施形態５）
また、制御器１６は、ＰＤ１５で検出されたバースト信号の強度が一定時上間にわたって一定以低下した場合、バースト信号の途中であっても、入り状態の光スイッチの隣接波長に対応する切り状態の１つ以上の光スイッチを順に入り状態にする手順を備えてもよい。

バースト信号の途中に緩やかに波長が変化する場合については、バースト信号の開始時点の光スイッチの入り／切り状態の確定動作だけでは、そのバースト中に光スイッチの対応する波長区間からバースト信号の波長が外れて信号が読み取れなくなる。そこで、波長が外れかかり、信号が弱くなった場合には、入り状態の隣の波長であり切り状態の波長に対応する光スイッチを入り状態にしてもよい。

なお、入り状態の波長区間の長波長側か、短波長側かを判別するために、長波長側か、短波長側別々に光スイッチを入り状態にして、波長のこの時にバースト信号の強度に一定以上変化がないときは切り状態に戻し操作を行い、反対側の波長の光スイッチを入り状態にしてもよい。

（実施形態６）
本実施形態の光増幅装置について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る光増幅装置は、実施形態１の構成に加えて、光アンプ１１と分波器１２を通過する信号を２以上のｍ個に電力分配可能な電力分配器２１と、合波器からの信号を２以上のｍ個に電力合成可能な電力合成器２２と、を備える。ここで、電力分配器のｍ個の出力にそれぞれに、それぞれの通過波長がΔλ／ｍずれ、２以上のｎ区間、Δλの間隔の波長で分波可能である分波器が接続され、前記分波器に対応する波長で合波可能なｍ個の合波器から合成器に接続されてもよい。本実施形態では、理解の容易のため、ｍが２である場合について説明する。

本実施形態に係る光増幅装置は、光アンプ１１と、電力分配器として機能する光スプリッタ２１と、分波器１２_０及び１２_１と、複数の光スイッチ１３_０，１〜１３_０，ｎと、合波器１４_０，１４_１と、出力検出部として機能するＰＤ２３_０，ＰＤ２３_１と、電力合成器として機能する光カプラ２２と、制御部として機能する制御器２４と、を備える。

ここで、図６における分波器１２_０／合波器１４_０と分波器１２_１／合波器１４_１の波長の透過率をそれぞれ図７に示す。分波器１２_０／合波器１４_０では一般に透過波長の足し合わせが均一になっていない場合がある。例えば、分波器１２_０／合波器１４_０では、波長λ_０，１、λ_０，２・・・λ_{０，ｎ−１}近傍では、どの分岐においても透過波長になっていない阻止波長になっている場合である。これら分波器／合成器の阻止波長でＯＮＵのレーザが発振していた場合、実施形態１で示す光増幅装置は十分な強度の光バースト信号が得られない。

そこで、光アンプ１１で増幅した後に一旦電力分配器（光スプリッタ）でバースト信号光を分配する。図６はｍ＝２の２分配した場合である。分配した光はそれぞれ、分波器１２_０と分波器１２_１に入力される。ここで２分配の場合は図７で示すように分波器１２_０／合波器１２_０と分波器１２_１／合波器１４_１はΔλ／２ずつずらすことになる。なお、λ_０，ｋ−λ_{０，ｋ−１}＝λ_１，ｌ−λ_{１，ｌ−１}＝Δλであるとする。ここでｋ，ｌはｎ以下の自然数である。なお、本構成ではλ_０＝λ_０，０、λ_ｎ＝λ_１，ｎを想定している。また合波も同様の波長で行われる。

なお、波長は短いものから、λ_０，０、λ_１，０、λ_０，１、λ_１，１、λ_０，２、λ_１，２、・・・λ_０，ｎ、λ_１，ｎ、のように並ぶ。このように接続することで、阻止波長をなくすことができる。その結果、光スイッチが全て入り状態であれば、本実施形態に係る光増幅装置は出力として平坦な波長特性を得ることができる。

（実施形態７）
光増幅装置の制御器２３は、ＰＤ２３_０で検出された強度と、ＰＤ２３_１で検出された強度とを各光スイッチ１３_０，ｘ（ｘは１からｎ）と各光スイッチ１３_１，ｘ（ｘは１からｎ）とそれぞれ前述の実施形態に記載の制御方法を適用してもよい。つまり、光スイッチ１３_０，ｘ（ｘは１からｎ）群と、各光スイッチ１３_１，ｘ（ｘは１からｎ）群をそれぞれ独立に前述の実施形態に記載の方法を適用することができる。

ただし、バースト信号光の波長がλ_０，ｙ（ｙは１からｎ−１）のいずれかの波長の場合、光スイッチ１３_０，ｘ（ｘは１からｎ）群では、全ての光スイッチを入りにしても、バースト信号光を検知できず、前述の実施形態に記載の方法を単純に適用できない場合がある。この場合は、初期状態においてＰＤ２３_０で検出された強度が一定値以下であれば、この光スイッチ１３_０，ｘ（ｘは１からｎ）群には通過波長がないものと判定し、全ての光スイッチ１３_０，ｘ（ｘは１からｎ）を切り状態にしてもよい。

バースト信号光の波長がλ_１，ｙ（ｙは１からｎ−１）のいずれかの波長の場合は、同様に光スイッチ１３_１，ｘ（ｘは１からｎ）群を制御する。

（実施形態８）
本実施形態の光増幅装置について、図８を用いて説明する。本実施形態に係る光増幅装置は、合波器１４_０，１４_１における電力合成後に信号強度を検出することで総出力検出部として機能するＰＤ２３と、ＰＤ２３で検出された強度と各分波器からの出力の検出部で検出された強度に基づき光スイッチを制御する制御器２４と、を備え、実施形態６に記載の波長合波後に信号強度を検出するｍ個のＰＤ２３を備えなくともよい。

具体的には、光カプラ２２の後段で数分の１から数十分の１程度の一部の光を分岐出力し、それを総出力検出部であるＰＤ２３で電気信号に変換し、制御器２４に入力する。制御器２４から各光スイッチ１３の入り／切りを制御する。ただし、合波器１４_０の後段と合波器１４_１の後段に個別にＰＤ１５を持つ必要は無い。

（実施形態９）
光増幅装置の制御器２３は、全ての光スイッチの対応する波長に対して一括して、前述の実施形態に記載の制御方法を適用してもよい。つまり光スイッチ１３_０，０、光スイッチ１３_１，０、光スイッチ１３_０，１、光スイッチ１３_１，１、・・・光スイッチ１３_０，ｎ、光スイッチ１３_１，ｎ、を、実施形態１における一連の光スイッチとして制御を行う。これは実施形態８の構成のＰＤ２３を用いることで、実施形態１から５記載と同様の制御方法を制御器２４に適用することができるということである。

（実施形態１０）
本実施形態に係る光増幅装置について、図９を用いて説明する。
本実施形態に係る光増幅装置は、実施形態６の光増幅装置において、電力分配器と分波器を通過する信号を増幅する光アンプ２５_０及び２５_１をさらに備える。光アンプ２５_０は、光スプリッタ２１と分波器１２_０を通過する信号を増幅する。光アンプ２５_１は、光スプリッタ２１と分波器１２_１を通過する信号を増幅する。

光アンプ１１がバースト信号に対応した光アンプであるが、光スプリッタ２１で分配数を増やすほどその出力段出力は低下し、光アンプ１１の増幅による効果を低減させる。図９に示す２分岐の場合、光スプリッタ２１と光カプラ２２により、１／（２×２）＝１／４（約−６ｄＢ）のペナルティが発生する。つまりｍ分配の場合は、１／（２ｍ）のペナルティとなりペナルティは無視できなくなる。

そこで、光アンプ２５_０と光アンプ２５_１を追加することで、そのペナルティを補うことができる。この時バースト信号用の増幅器である光アンプ１１以外の光アンプ２５_０と光アンプ２５_１は、バースト非対応で構わない。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１、２５：光アンプ
１２：分波器
１３：光スイッチ
１４：合波器
１５、２３：ＰＤ
１６、２４：制御器
２１：光スプリッタ
２２：光カプラ

Claims (7)

1. 複数の波長区間を有するバースト信号を増幅する光アンプと、
   前記光アンプで増幅されたバースト信号を前記区間ごとに分波する分波器と、
   前記波長区間ごとに備わり、前記分波器で分波されたバースト信号を波長区間ごとに入り切りする複数の光スイッチと、
   前記複数の光スイッチで入り切りされた光信号を合波する合波器と、
   前記合波器で合波されたバースト信号に含まれる各波長区間の信号強度を検出する検出部と、
   前記検出部が信号を検出した波長区間の前記光スイッチを入りにし、前記検出部が検出しない波長区間の前記光スイッチを切りにする制御部と、
   を備える光増幅装置。
2. 前記制御部は、前記検出部の検出する信号強度が一定時間にわたって一定以上低下するか、或いは前記検出部の検出する信号強度が特定のパターンを示したことをもって、前記バースト信号が終了したことを判定し、前記光スイッチの少なくとも一部を入りにする、
   請求項１に記載の光増幅装置。
3. 前記光アンプは、バースト信号の開始又は終了を検出し、
   前記制御部は、前記光アンプの検出するバースト信号の開始又は終了のときに前記光スイッチの少なくとも一部を入りにする、
   請求項１又は２に記載の光増幅装置。
4. 前記制御部は、前記バースト信号が終了する前に、前記検出部の検出する信号強度が一定時間にわたって一定以上低下した場合、入り状態の光スイッチの隣接波長に対応する切り状態の１つ以上のスイッチを入りにする、
   請求項１から３のいずれかに記載の光増幅装置。
5. 前記光アンプで増幅されたバースト信号を２以上のｍ個に電力分配する電力分配器と、
   前記電力分配器で電力分配されたバースト信号を電力合成する電力合成器と、
   をさらに備え、
   前記分波器、前記複数の光スイッチ及び前記合波器を、前記電力分配器の電力分配したｍ個のバースト信号ごとに備え、
   前記分波器は、前記電力分配器の電力分配したバースト信号を、波長区間ごとに、前記波長区間の波長間隔をｍ分割した波長ずつずれた通過波長で分波し、
   前記複数の光スイッチは、前記分波器で分波されたバースト信号を波長区間ごとに入り切りし、
   前記合波器は、前記光スイッチで入り切りされた光信号を、前記電力分配器の電力分配したバースト信号ごとに合波し、
   前記電力合成器は、前記合波器で合波されたｍ個のバースト信号を電力合成し、
   前記検出部は、前記電力合成器で電力合成されたバースト信号に含まれる各波長区間の信号の有無を検出し、
   前記制御部は、前記検出部が信号を検出した波長区間の前記光スイッチを入りにし、前記検出部が検出しない波長区間の前記光スイッチを切りにする、
   請求項１から４のいずれかに記載の光増幅装置。
6. 前記電力分配器と前記分波器の間の光路に、バースト信号を増幅する光アンプをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の光増幅装置。
7. 複数の波長区間を有するバースト信号を増幅する光アンプと、
   前記光アンプで増幅されたバースト信号を前記区間ごとに分波する分波器と、
   前記波長区間ごとに備わり、前記分波器で分波されたバースト信号を波長区間ごとに入り切りする複数の光スイッチと、
   前記複数の光スイッチで入り切りされた光信号を合波する合波器と、
   前記合波器で合波されたバースト信号に含まれる各波長区間の信号強度を検出する検出部と、
   前記検出部が信号を検出した信号強度に基づいて、前記光スイッチの入り切りを制御する制御部と、
   を備える光増幅装置の制御方法であって、
   前記制御部は、
   前記光スイッチのすべてを入り状態にした後に、１つ以上の前記光スイッチを順に切り状態にしながら信号強度を観測し、信号強度が予め定められた一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうちのすべてまたは一部を切り状態から入り状態に戻す第１の手順と、
   前記第１の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうちのすべてまたは一部を切り状態から入り状態に戻す第２の手順と、
   前記第２の手順で２つ以上の光スイッチの操作を同時に行った場合において、直前に同時に操作を行った光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする第３の手順と、
   前記第３の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態に戻す第４の手順と、
   前記第１の手順から前記第４の手順の後又は前記第１の手順から前記第４の手順における光スイッチの操作と交互または同時に、前記第１の手順から前記第４の手順で行った側とは異なる側の波長から１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする第５の手順と、
   前記第５の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態もどす第６の手順と、
   前記第６の手順で２つ以上の光スイッチの操作を同時に行った場合において、直前に同時に操作を行った光スイッチのうち最もその対応する波長の長いもの、または、最もその対応する波長の短いものから１つずつまたは２つ以上同時に順に光スイッチを切り状態にする第７の手順と、
   前記第７の手順で観測された信号強度が一定以上低下した場合に、直前に切り状態に遷移させる操作を行った光スイッチのうち１つずつまたは２つ以上を切り状態から入り状態もどす第８の手順と、
   を有することを特徴とする光増幅装置の制御方法。

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