WO2022137409A1

WO2022137409A1 - バースト光増幅装置及びバースト光増幅方法

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Publication number: WO2022137409A1
Application number: PCT/JP2020/048305
Authority: WO
Inventors: 佳奈益本; 俊哉松田; 雅弘中川; 公太西山
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-06-30
Also published as: JP7540510B2; JPWO2022137409A1

Abstract

バースト光増幅装置（１６）は、無信号区間と信号区間とが交番するバースト周期のバースト光信号（１Ｂ）を励起光に応じて増幅するＥＤＦＡ（１６ａ）と、ＥＤＦＡ（１６ａ）のキャリア回復時間を、無信号区間の時間に対して長くするパラメータとしての増幅媒体の温度と、無信号区間との対応関係を、バースト周期毎に記憶する記憶部（４ｍ）と、ＥＤＦＡ（１６ａ）に入力されるバースト光信号（１Ｂ）のバースト周期を検出し、検出したバースト周期と同じバースト周期を記憶部（４ｍ）から検索し、検索したバースト周期の無信号区間に対応付けられた温度を温度制御部（１６ａ３）に設定する設定制御部（１６ａ４）と、ＥＤＦＡ１６ａの増幅媒体を、設定された温度に制御する温度制御部（１６ａ３）とを備える。

Description

バースト光増幅装置及びバースト光増幅方法

　本発明は、光ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）ネットワーク等に適用されるバースト光増幅装置及びバースト光増幅方法に関する。

　収容トラヒックが数１０Ｇｂｐｓであるルーラルエリア等のメトロ網を、低コスト、省電力、柔軟に集線するネットワークとして、光ＴＤＭ技術を適用した光ＴＤＭネットワークが検討されている。光ＴＤＭネットワークでは、タイミング制御を掛けたバースト光信号を主信号として用いる。更に、光ＴＤＭネットワークでは、多段で数百Ｋｍ等の長距離伝送を行うメトロ網において伝送距離をカバーするために、バースト対応のバースト光増幅装置の光増幅部としてＥＤＦＡ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier：エルビウムドープ光ファイバ増幅器）や、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）が必要となる。

　光ＴＤＭネットワークは、光ファイバ（光伝送路）を複数のノードを介在して２重にリング状に敷設し、２重の光伝送路をデータが重畳された光信号が逆方向に伝送される２重リング構成となっている。２重リング構成では、各光伝送路に接続された複数のノード内において、光伝送路に伝送されるバースト光信号をバースト光増幅装置としてのＥＤＦＡで増幅している。

　しかし、その増幅では、バースト光信号に伝送品質劣化の増加を引き起こすオーバーシュートが発生する。この発生を図１２に示すＥＤＦＡ１を代表して説明する。外側光伝送路２を伝送してきたバースト光信号１ＢがＥＤＦＡ１に入力されたとする。ＥＤＦＡ１には、励起用半導体レーザー（図示せず）からのレーザ光による励起光１Ｐが入力され、この励起光１Ｐによって、レベルＬ１のバースト光信号１ＢがレベルＬ２に増幅される。この増幅の初期時に、ＥＤＦＡ１内で過渡応答が生じ、レベルＬ３のオーバーシュートが発生する。

　このオーバーシュートを抑制するために、図１３に示すクランプ光１Ｃを用いる技術（非特許文献１）がある。この技術は、既に使用している汎用のＥＤＦＡを用いるので、コスト高とならないように実現可能である。

　図１３に示すように、外側リングの光伝送路２に介挿した光カプラ４に、ＣＷ（Continuous Wave：連続波）光源３を接続する。ＣＷ光源３は、波長λ１のバースト光信号１Ｂと異なる波長λ２で且つ連続波のクランプ光１Ｃを光カプラ４へ送信する。光カプラ４では、クランプ光１Ｃとバースト光信号１Ｂとが合波されることで、バースト光信号１Ｂの無信号区間が無くなる。

　ＥＤＦＡ１は、合波されたバースト光信号１Ｂ及びクランプ光１Ｃを増幅する。この増幅の際、クランプ光１Ｃのパワーがバースト光信号１Ｂのパワーよりも大きい程に、ＥＤＦＡ１で連続信号と検出される割合が大きくなり、このため、オーバーシュートがより抑制される。この抑制により所定レベルＬ２（図１２）に増幅されたバースト光信号１Ｂ及びクランプ光１Ｃがフィルタ５へ入力される。フィルタ５は、クランプ光１Ｃを抜き取り、波長λ１のバースト光信号１Ｂのみを通過させる。

　この他、非特許文献２に記載のＥＤＦＡにＦＦ（フィードフォワード）／ＦＢ（フィードバック）回路を用いた高速制御よってオーバーシュートを抑制する技術がある。この技術では、ＥＤＦＡの増幅利得を一定にするために、増幅のための励起光の電流値を高速で可変する。つまり、ＥＤＦＡからの出力パワーの出過ぎたレベルを滑らかにするために、増幅信号に高速な減衰を掛ける制御を行う。

H.H. Lee, et al., "All-optical gain-clamped EDFA using external saturation signal for burst-mode upstream in TWDM-PONs. ", Optics Express 22.15 (2014). Y. Oikawa et al.,"Ultra-Fast Automatic Gain Control Amplifier with Unique and Simple Transient Control," ECOC2007 JT-G.696.1，［online］，2020，［令和2年12月16日検索］，インターネット〈URL: https://jglobal.jst.go.jp/detail〉

　しかし、上記非特許文献１の技術では、バースト光信号をクランプするクランプ光１Ｃの波長λ２がバースト光信号１Ｂの波長λ１と別の波長である。つまり、クランプ光用に専用波長λ２が必要となるため、複数のバースト光信号で使用可能な波長の数が少なくなり制限されてしまう問題がある。

　非特許文献２の技術では、ＥＤＦＡの増幅利得を一定にするために、ＦＦ／ＦＢ回路によって励起光の電流値を高速で可変する制御を行っている。この高速制御によって、ＥＤＦＡと併せてバースト光増幅装置を構成するＦＦ／ＦＢ回路のアクティブ素子が高速に作動するため、バースト光増幅装置の故障率が増加してしまう問題があった。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、増幅対象のバースト光信号で使用する波長の数を制限することなく、故障率が増加しないように、オーバーシュートを抑制することを課題とする。

　上記課題を解決するため、本発明のバースト光増幅装置は、バースト周期を構成する無信号区間と信号区間とが交番するバースト光信号を励起光に応じて増幅する光増幅部と、前記光増幅部の増幅媒体の温度を可変する温度制御部と、前記光増幅部のキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して長く又は短く可変するためのパラメータとしての増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係が、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶された記憶部と、前記光増幅部に入力されるバースト光信号のバースト周期を検出し、検出したバースト周期と同じバースト周期を前記記憶部から検索し、検索したバースト周期の無信号区間に対応付けられた前記温度を前記温度制御部に設定する設定制御部とを備え、前記温度制御部は、前記増幅媒体を前記設定された温度に制御することを特徴とする。

　本発明によれば、増幅対象のバースト光信号で使用する波長の数を制限することなく、故障率が増加しないように、オーバーシュートを抑制できる。

本発明の実施形態に係るバースト光増幅装置を用いた光ＴＤＭネットワークシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係るＥＤＦＡを適用したバースト光増幅装置の構成を示すブロック図である。バースト光信号の無信号区間ｔｎと信号区間ｔｂとによるバースト周期Ｔを示す信号波形図である。ＥＤＦＡの高準位にキャリアが蓄積される様態を示すエネルギー準位図である。ＥＤＦＡの高準位に蓄積されたキャリアが誘導放出される様態を示すエネルギー準位図である。ＥＤＦＡの高準位にキャリアが過剰に蓄積される様態を示すエネルギー準位図である。ＥＤＦＡの高準位に蓄積されたキャリアが過剰に誘導放出される様態を示すエネルギー準位図である。本実施形態のバースト光増幅装置によるバースト光増幅処理の動作を説明するためのフローチャートである。本実施形態の変形例に係るＳＯＡを適用したバースト光増幅装置の構成を示すブロック図である。ＳＯＡの高準位にキャリアが過剰に蓄積される様態を示すエネルギー準位図である。ＳＯＡの高準位に蓄積された少量のキャリアが誘導放出される様態を示すエネルギー準位図である。ＥＤＦＡでのバースト光信号増幅時に発生するオーバーシュートの説明図である。ＥＤＦＡで発生するオーバーシュート抑制の説明図である。

　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書の全図において機能が対応する構成部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
＜実施形態の構成＞
　図１は、本発明の実施形態に係るバースト光増幅装置を用いた光ＴＤＭネットワークシステムの構成を示すブロック図である。

　図１に示す光ＴＤＭネットワークシステム（システムともいう）１０は、光ファイバを２重にリング状に敷設し、外側リングを外側光伝送路１１、内側リングを内側光伝送路１２とする２重リング構成となっている。外側光伝送路１１には、所定間隔で複数の光カプラ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが接続され、内側光伝送路１２にも、所定間隔で複数の光カプラ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが接続されている。

　外側光伝送路１１には、矢印Ｙ１で示す右回り方向にバースト光信号１Ｂ，２Ｂ，３Ｂが伝送され、内側光伝送路１２には、矢印Ｙ２で示す左回り方向にバースト光信号が伝送される。また、外側光伝送路１１には、光カプラ１４ｃ，１４ｄの各々の入力側に、バースト光増幅装置の光増幅部としてのＥＤＦＡ１６ａ，１６ｂが接続されている。内側光伝送路１２においても、光カプラ１５ｃ，１５ｄの各々の入力側にＥＤＦＡ１７ａ，１７ｂが接続されている。

　本発明の特徴は、図２に示すバースト光増幅装置１６によって例えばバースト光信号１Ｂを増幅する際に、ＥＤＦＡ（例えばＥＤＦＡ１６ａ）の増幅媒体の温度の高低を制御することにより、増幅時のキャリアの誘導放出の量を制御するようにした。この制御により、バースト光信号１Ｂで使用する波長の数を制限することなく、バースト光増幅装置の故障率が増加しないように、オーバーシュートを抑制可能とした点にある。

　但し、バースト光信号１Ｂは、図３に示すように、光信号が無い時間幅の無信号区間ｔｎと、所定レベルの光信号が存在する時間幅の信号区間ｔｂとが交番するバースト周期Ｔを有する。

　図２に示すバースト光増幅装置１６は、光増幅部であるＥＤＦＡ１６ａの他に、レーザ光による励起光１Ｐを出射する励起用半導体レーザ１６ａ１と、レーザドライバ１６ａ２と、温度センサ１６ａ６と、温度制御部１６ａ３と、設定制御部１６ａ４とを備えて構成されている。但し、図２にはＥＤＦＡ１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂの内、ＥＤＦＡ１６ａを代表して示す。

　図１に戻って、外側光伝送路１１に接続された光カプラ１４ａ及び内側光伝送路１２に接続された光カプラ１５ａには、データが重畳された光信号を送受信するトランシーバとしてのバーストＴＲＸ（transceiver）１８ａが光ファイバで接続されている。このバーストＴＲＸ１８ａと、光カプラ１４ａ，１５ａとを備えて通信装置としてのノード１９ａが構成されている。

　同様に、光カプラ１４ｂ，１５ｄには光ファイバでバーストＴＲＸ１８ｂが接続され、このバーストＴＲＸ１８ｂと、光カプラ１４ｂ，１５ｄとを備えてノード１９ｂが構成されている。光カプラ１４ｃ，１５ｃにはバーストＴＲＸ１８ｃが接続され、このバーストＴＲＸ１８ｃと、光カプラ１４ｃ，１５ｃとを備えてノード１９ｃが構成されている。光カプラ１４ｄ，１５ｂにはバーストＴＲＸ１８ｄが接続され、このバーストＴＲＸ１８ｄと、光カプラ１４ｄ，１５ｂとを備えてノード１９ｄが構成されている。

　各バーストＴＲＸ１８ａ～１８ｄには、バーストＴＲＸ１８ａに代表して示すように、伝送装置２０が接続されており、この伝送装置２０がバーストＴＲＸ１８ａとの間で光信号を送受信する。

　このような構成において、バーストＴＲＸ１８ｂから吹き出し枠２１ａ内に示す波長λ１のバースト光信号１Ｂが、所定の時間幅ｔ１において矢印Ｙ３で示すように光カプラ１４ｂへ送信されたとする。この送信されたバースト光信号１Ｂは、光カプラ１４ｂを介して外側光伝送路１により矢印Ｙ１で示す右回り方向へ伝送され、ＥＤＦＡ１６ａにより矢印Ｙ４で示すように増幅後に光カプラ１４ｃへ出力される。

　また、バーストＴＲＸ１８ｃから吹き出し枠２１ｂ内に示す波長λ１のバースト光信号２Ｂが、時間幅ｔ１が過ぎた後の所定の時間幅ｔ２において矢印Ｙ５で示すように送信されたとする。この送信されたバースト光信号２Ｂは、光カプラ１４ｃにおいて、バースト光信号１Ｂと時分割多重され、外側光伝送路１１を介して右回り方向へ伝送される。この伝送されたバースト光信号１Ｂ，２Ｂは、ＥＤＦＡ１６ｂで増幅後に光カプラ１４ｄに入力される。

　一方、バーストＴＲＸ１８ｄから吹き出し枠２１ｃ内に示す波長λ１のバースト光信号３Ｂが、時間幅ｔ２が過ぎた後の所定の時間幅ｔ３において矢印Ｙ６で示すように送信されたとする。この送信されたバースト光信号３Ｂは、光カプラ１４ｄにおいて、吹き出し枠２１ｄ内に示すようにバースト光信号１Ｂ，２Ｂと時分割多重され、外側光伝送路１１を介して右回り方向へ伝送される。この伝送されたバースト光信号１Ｂ～３Ｂは、例えば光カプラ１４ａで分岐され、バーストＴＲＸ１８ａで受信後に伝送装置２０へ送信される。

　このようなシステム１０において、図2に示すバースト光増幅装置１６のＥＤＦＡ１６ａがバースト光信号１Ｂを増幅する際の処理を説明する。

　ＥＤＦＡ１６ａがバースト光信号１Ｂを増幅する場合、レーザドライバ１６ａ２が励起用半導体レーザ（レーザともいう）１６ａ１を駆動する。この駆動されるレーザ１６ａ１からのレーザ光による励起光１Ｐが入力され、この励起光１Ｐに応じてレベルＬ１のバースト光信号１ＢがレベルＬ２に増幅されるようになっている。

　ＥＤＦＡ１６ａにバースト光信号１Ｂが入力されていない場合、ＥＤＦＡ１６ａでは、図４のエネルギー準位図に示すように、励起光１Ｐによる励起によって高準位Ｈ１にキャリアＣ１が溜まる反転分布が形成されている。

　次に、図５に示すように、ＥＤＦＡ１６ａにバースト光信号１Ｂｉが入力されると、上記のように高準位Ｈ１に溜められたキャリアＣ１ａが低準位Ｌ１に遷移する誘導放出ＳＥ１が生じ、この誘導放出ＳＥ１によりバースト光信号１Ｂが増幅される。この増幅されたバースト光信号１ＢｏがＥＤＦＡ１６ａから出力される。

　このように、励起光１Ｐでの励起による高準位Ｈ１へのキャリアＣ１の蓄積（１ｋ）、バースト光信号１Ｂｉの入力（２ｋ）、誘導放出ＳＥ１（３ｋ）、増幅（４ｋ）、増幅されたバースト光信号１Ｂｏの出力（５ｋ）の（１ｋ）～（５ｋ）が順次繰り返される。

　この繰り返しにおいて、（１ｋ）キャリアＣ１の蓄積の量と、（２ｋ）入力されるバースト光信号１Ｂｉのバースト周期Ｔと、（３ｋ）誘導放出ＳＥ１の量との３者が、光増幅に適した一定値であれば、（４ｋ）バースト光信号１Ｂの増幅はオーバーシュートすること無く一定に行われる。そして、（５ｋ）一定に増幅されたバースト光信号１Ｂｏが出力される。

　一方、図６に示すように、ＥＤＦＡ１６ａへのバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔにおける無信号区間ｔｎが長いと、励起光１Ｐによる励起によって高準位Ｈ１にキャリアＣ１が溜まり続け、光増幅に適した量を超えて過剰に蓄積される。

　このようにキャリアＣ１が過剰蓄積された状態で、図７に示すように、ＥＤＦＡ１６ａにバースト光信号１Ｂｉが入力されると、過剰蓄積された多くのキャリアＣ１ｂが低準位Ｌ１に遷移する誘導放出ＳＥ１が生じる。この誘導放出ＳＥ１によりバースト光信号１Ｂｏが必要量を超えて増幅され、オーバーシュートが生じてしまう。

　上記のように無信号区間ｔｎが長いと、この間に、高準位Ｈ１にキャリアＣ１が必要量を超えて溜まって行くので、結果的に、入力されたバースト光信号１Ｂｉが必要量を超えて増幅され続けることになる。このように過剰にキャリアＣ１が溜まるのは、バースト光信号１Ｂの信号区間ｔｂ以外の無信号区間ｔｎであり、この無信号区間ｔｎの時間を、キャリア回復時間という。

　一般的に、ＥＤＦＡ１６ａの場合、高準位Ｈ１から誘導放出ＳＥ１に使用されたキャリアＣ１ｉが回復するためには、ｍｓオーダの時間（回復時間）が掛かる。バースト周期Ｔがμｓオーダよりも長いと、無信号区間ｔｎも長くなるので、高準位Ｈ１にキャリアＣ１が必要量を超えて溜まって行き、オーバーシュートの原因となる。

　そこで、本発明では、ＥＤＦＡ１６ａのキャリア回復時間を、バースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間よりも予め定められた所定時間長くした。言い換えれば、バースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間が、キャリア回復時間よりも短いと、この短い無信号区間ｔｎにおいて、キャリアＣ１が高準位Ｈ１に必要量を超えて溜まることが無い。

　このため、ＥＤＦＡ１６ａでの増幅時に誘導放出ＳＥ１によるキャリアＣ１の遷移が必要量を超えて溜まらないので、出力光であるバースト光信号１Ｂｏが必要量を超えて増幅されない。このため、バースト光信号１Ｂが、オーバーシュートが生じないレベルで増幅される。

　つまり、バースト光増幅装置１６では、ＥＤＦＡ１６ａでの増幅時に、キャリア回復時間をバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間よりも長くして、キャリアＣ１が高準位Ｈ１に増幅に適した量蓄積されるようにした。

　ここで、後述の非特許文献３には、キャリア回復時間が増幅媒体の温度に依存する内容が記載されており、増幅媒体の温度が所定温度まで下がる程にキャリア回復時間が長くなる関係が分かっている。（非特許文献３：K. Kuroda et al., “Wavelength-dependent transition time of gain saturation in an erbium-doped fiber amplifier”，［online］，2020，インターネット〈URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00340-015-6109-x）。

　そこで、本発明では、バースト光増幅装置１６において、キャリア回復時間をバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間よりも所定時間長くするために、ＥＤＦＡ１６ａの増幅媒体の温度を、動作温度の範囲内で適切な温度に制御するようにした。

　バースト光増幅装置１６において、設定制御部１６ａ４（図２）は、ＥＤＦＡ１６ａがバースト光信号１Ｂをオーバーシュートが生じないレベルで増幅可能とするためのパラメータ（媒介変数）としての増幅媒体の温度を、周期が異なる複数のバースト周期Ｔ毎に記憶部４ｍに記憶している。

　更に説明すると、記憶部４ｍには、バースト周期Ｔの無信号区間ｔｎと、この無信号区間ｔｎの時間よりもキャリア回復時間を所定時間長くするパラメータとしての増幅媒体の温度との対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期Ｔ毎に予め記憶している。

　設定制御部１６ａ４は、ＥＤＦＡ１６ａに入力されるバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔを、無信号区間ｔｎ及び信号区間ｔｂと共に検出する。設定制御部１６ａ４は、その検出されたバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔと同じバースト周期Ｔを、記憶部４ｍから検索し、この検索されたバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎに対応付けられた温度を、温度制御部１６ａ３に設定する。

　温度制御部１６ａ３は、ＥＤＦＡ１６ａの増幅媒体が、上記設定された温度（設定温度）となるように制御する。この際、ＥＤＦＡ１６ａの増幅媒体に接続された温度センサ１６ａ６が、増幅媒体の温度を検出して温度制御部１６ａ３へ出力する。温度制御部１６ａ３は、その検出温度が設定温度に収束するように増幅媒体の温度を可変制御する。

＜実施形態の動作＞
　次に、本実施形態に係るバースト光増幅装置１６によるバースト光増幅処理の動作を、図８のフローチャートを参照して説明する。但し、レーザドライバ１６ａ２がレーザ１６ａ１を駆動し、このレーザ１６ａ１からの励起光１Ｐに応じてバースト光信号１Ｂが増幅されているとする。

　ステップＳ１において、ＥＤＦＡ１６ａにバースト光信号１Ｂが入力されると、設定制御部１６ａ４によって、そのバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔが、無信号区間ｔｎ及び信号区間ｔｂと共に検出される。

　ステップＳ２において、設定制御部１６ａ４は、その検出したバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔと同じバースト周期Ｔを、記憶部４ｍから検索する。

　更に、ステップＳ３において、設定制御部１６ａ４は、検索したバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎに対応付けられた増幅媒体の温度を、温度制御部１６ａ３に設定する。

　ステップＳ４において、温度制御部１６ａ３は、ＥＤＦＡ１６ａの増幅媒体が、上記設定された設定温度となるように制御する。この際、増幅媒体に接続された温度センサ１６ａ６が、増幅媒体の温度を検出して温度制御部１６ａ３へ出力する。

　ステップＳ５において、温度制御部１６ａ３は、検出温度が設定温度であるか否かを判定する。

　この判定結果、設定温度でなければ、上記ステップＳ４に戻って、温度制御部１６ａ３は増幅媒体の温度が設定温度となるように制御する。

　一方、上記ステップＳ５の判定結果、検出温度が設定温度であれば、ステップＳ６において、ＥＤＦＡ１６ａによって、バースト光信号１Ｂがオーバーシュートの生じないレベルで適正に増幅されて出力される。

＜実施形態の効果＞
　このようなバースト光増幅装置１６の効果について説明する。
　バースト光増幅装置１６は、ＥＤＦＡ１６ａと、温度制御部１６ａ３と、記憶部４ｍと、設定制御部１６ａ４とを備える。

　ＥＤＦＡ１６ａは、バースト周期Ｔを構成する無信号区間ｔｎと信号区間とが交番するバースト光信号１Ｂを励起光に応じて増幅する。

　記憶部４ｍは、ＥＤＦＡ１６ａのキャリア回復時間を、上記無信号区間ｔｎの時間に対して長く又は短く可変するためのパラメータとしての増幅媒体の温度と、上記無信号区間ｔｎとの対応関係が、周期が異なる複数のバースト周期Ｔ毎に記憶している。

　設定制御部１６ａ４は、ＥＤＦＡ１６ａに入力されるバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔを検出し、検出したバースト周期Ｔと同じバースト周期Ｔを記憶部４ｍから検索し、検索したバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎに対応付けられた温度を温度制御部１６ａ３に設定する。
　温度制御部１６ａ３は、増幅媒体を設定された温度に制御する構成とした。

　この構成によれば、ＥＤＦＡ１６ａに入力されたバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔが検出され、この検出されたバースト周期Ｔと同じバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎに対応付けられた温度が設定される。この設定温度となるようにＥＤＦＡ１６ａの増幅媒体の温度が制御される。増幅媒体の温度は、ＥＤＦＡ１６ａのキャリア回復時間をバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間よりも長くするパラメータである。このため、キャリア回復時間よりも短い無信号区間ｔｎでは、ＥＤＦＡ１６ａにおいてキャリアが高準位に必要量を超えて蓄積されない。従って、ＥＤＦＡ１６ａでの増幅時にキャリアの誘導放出が必要量を超えて蓄積されないので、バースト光信号１Ｂを、オーバーシュートが生じないレベルで増幅できる。

　このような増幅処理を行うバースト光増幅装置１６では、従来のようにバースト光信号１Ｂと異なる波長のクランプ光を用いる必要が無くなる。このため、クランプ光で専用波長が使用されないので、バースト光信号１Ｂでの使用波長の数が制限されない。また、従来のようにＥＤＦＡ１６ａの増幅利得を一定にするためのＦＦ／ＦＢ回路を用いないので、バースト光増幅装置１６の故障率が増加することが無くなる。従って、本発明によれば、増幅対象のバースト光信号１Ｂで使用する波長の数を制限することなく、故障率が増加しないように、オーバーシュートを抑制できる。

＜実施形態の変形例＞
　図９は、本発明の実施形態の変形例に係るバースト光増幅装置の構成を示すブロック図である。
　図９に示す変形例のバースト光増幅装置１６Ａが、上記実施形態のバースト光増幅装置１６（図２）と異なる点は、ＥＤＦＡ１６ａに代え、ＳＯＡ１６ａＡを適用したことにある。この差異に伴い、記憶部４ｍＡは、バースト周期Ｔの無信号区間ｔｎ（図３参照）と、この無信号区間ｔｎの時間よりもキャリア回復時間を所定時間短くするパラメータとしての増幅媒体の温度との対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期Ｔ毎に予め記憶している。

　一般的に、ＳＯＡ１６ａＡでは、ＥＤＦＡ１６ａの前述したｍｓオーダのキャリア回復時間に比べ、キャリア回復時間が数ｐｓ～ｎｓオーダと大幅に短くなっている。このため、バースト周期Ｔがμｓ未満と極短い場合でも、ＳＯＡ１６ａＡでは無信号区間ｔｎが、キャリア回復時間（数ｐｓ～ｎｓオーダ）よりも長い時間幅となる。この場合、キャリアが回復し易くなるのでキャリアが多く溜まり、オーバーシュートが生じる。本例では、ＳＯＡ１６ａＡに入力されるバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔは、μｓ未満と極短いものとする。

　ＳＯＡ１６ａＡにバースト光信号１Ｂが入力されていない場合、ＳＯＡ１６ａＡでは、図６に示したように、励起光１Ｐによる励起によって高準位Ｈ１にキャリアＣ１が溜まり続け、光増幅に適した量を超えて過剰に蓄積される。

　この過剰蓄積状態において、図１０に示すように、大パワーのバースト光信号１ＢｉがＳＯＡ１６ａＡに入力されると、高準位Ｈ１に過剰蓄積された多くのキャリアＣ１ｃが低準位Ｌ１に遷移する誘導放出ＳＥ１が生じる。このため、バースト光信号１Ｂｏが必要量を超えて増幅され、オーバーシュートが生じる。この際、高準位Ｈ１から一挙に多量のキャリアＣ１ｃを消費する。

　この後、図１１に示すように、高準位Ｈ１において、キャリアＣ１の回復が間に合わないと、誘導放出できるキャリアＣ１ｄが少なくなってしまい、バースト光信号１Ｂの光パワーが急激に下がってしまう。言い換えれば、光パワーが急激に劣化してしまうパターン効果が発生する。この場合、増幅後のバースト光信号１Ｂｏの信号区間ｔｂが短くなり歪波形が発生する不具合が生じる。

　そこで、本例では、そのような不具合を無くすために、ＳＯＡ１６ａＡのキャリア回復時間を、バースト光信号１Ｂのμｓ未満と極短いバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間よりも予め定められた所定時間短くする処理を行うようにした。但し、極短いバースト周期Ｔでは無信号区間ｔｎも極短くなっている。

　このように、極短いキャリア回復時間が、極短い無信号区間ｔｎの時間よりも短いと、極短時間で有りながらキャリアＣ１が増幅に必要な量回復する。つまり、高準位Ｈ１には、増幅を適度に行うために必要な量のキャリアＣ１が溜まる。

　これによって、バースト光信号１Ｂの増幅時に適度なキャリアＣ１が誘導放出されるので、増幅後の立ち下り部分のパワー劣化を回復できる。このため、増幅後のバースト光信号１Ｂの信号区間ｔｂが適正な時間幅となる。

　上述したように、極短いキャリア回復時間を、極短い無信号区間ｔｎの時間よりも所定時間短くするためには、ＳＯＡ１６ａＡの増幅媒体の温度を所定温度まで上げる必要がある。この原理は、前述した増幅媒体の温度が所定温度まで下がる程にキャリア回復時間が長くなるといった関係に基づく。

　設定制御部１６ａ４は、ＳＯＡ１６ａＡに入力されるバースト光信号１Ｂの極短いバースト周期Ｔを、極短い無信号区間ｔｎ及び信号区間ｔｂと共に検出する。設定制御部１６ａ４は、その検出された極短いバースト周期Ｔと同じバースト周期Ｔを、記憶部４ｍＡから検索し、この検索された極短いバースト周期Ｔの極短い無信号区間ｔｎに対応付けられた温度を、温度制御部１６ａ３に設定する。温度制御部１６ａ３は、ＳＯＡ１６ａＡの増幅媒体が、その設定温度となるように制御する。

＜変形例の効果＞
　変形例の図９に示すバースト光増幅装置１６Ａは、実施形態のバースト光増幅装置１６のＥＤＦＡ１６ａ（図２）に代え、ＳＯＡ１６ａＡが適用されている。また、記憶部４ｍＡは、ＳＯＡ１６ａＡのキャリア回復時間を、バースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間に対して予め定められた所定時間短くするパラメータとしてのＳＯＡ１６ａＡの増幅媒体の温度と、無信号区間ｔｎとの対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期Ｔ毎に記憶する。

　そして、設定制御部１６ａ４によって、ＳＯＡ１６ａＡに入力されるバースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔを検出し、検出したバースト周期Ｔと同じバースト周期Ｔを記憶部４ｍＡから検索し、検索したバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎに対応付けられた温度を温度制御部１６ａ３に設定する。温度制御部１６ａ３が、増幅媒体を上記設定された温度に制御する構成とした。

　この構成によれば、ＳＯＡ１６ａＡの増幅媒体を所定温度に制御することによって、ＳＯＡ１６ａＡのキャリア回復時間を、バースト光信号１Ｂのバースト周期Ｔの無信号区間ｔｎの時間よりも所定時間短くした。このため、無信号区間ｔｎにおいて、ＳＯＡ１６ａＡでの増幅を適度に行うために必要な量のキャリアが溜まる。これによって、バースト光信号１Ｂの増幅時に適度なキャリアが誘導放出されるので、増幅後の立ち下り部分のパワー劣化を回復できる。

＜効果＞
　（１）バースト周期を構成する無信号区間と信号区間とが交番するバースト光信号を励起光に応じて増幅する光増幅部と、前記光増幅部の増幅媒体の温度を可変する温度制御部と、前記光増幅部のキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して長く又は短く可変するためのパラメータとしての増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係が、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶された記憶部と、前記光増幅部に入力されるバースト光信号のバースト周期を検出し、検出したバースト周期と同じバースト周期を前記記憶部から検索し、検索したバースト周期の無信号区間に対応付けられた前記温度を前記温度制御部に設定する設定制御部とを備え、前記温度制御部は、前記増幅媒体を前記設定された温度に制御することを特徴とするバースト光増幅装置である。

　この構成によれば、光増幅部に入力されたバースト光信号のバースト周期が検出され、この検出されたバースト周期と同じバースト周期の無信号区間に対応付けられた温度が設定される。この設定された温度となるように光増幅部の増幅媒体の温度が制御される。増幅媒体の温度が、光増幅部のキャリア回復時間をバースト周期の無信号区間の時間よりも長くするパラメータであるとする。この場合、キャリア回復時間よりも短い無信号区間では、光増幅部においてキャリアが高準位に必要量を超えて蓄積されない。このため、光増幅部での増幅時にキャリアの誘導放出が必要量を超えて多くならないので、バースト光信号を、オーバーシュートが生じないレベルで増幅できる。

　このような増幅処理を行うバースト光増幅装置では、従来のようにバースト光信号と異なる波長のクランプ光を用いない。このため、バースト光信号での使用波長の数が制限されない。また、従来のように光増幅部の増幅利得を一定にするためのＦＦ／ＦＢ回路を用いないので、バースト光増幅装置の故障率が増加することが無くなる。従って、本発明によれば、増幅対象のバースト光信号で使用する波長の数を制限することなく、故障率が増加しないように、オーバーシュートを抑制できる。

　（２）前記光増幅部がＥＤＦＡ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier）である場合において、前記記憶部は、前記ＥＤＦＡのキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して予め定められた所定時間長くするパラメータとしての当該ＥＤＦＡの増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶することを特徴とする上記（１）に記載のバースト光増幅装置である。

　この構成によれば、ＥＤＦＡに入力されたバースト光信号のバースト周期が検出され、この検出されたバースト周期と同じバースト周期の無信号区間に対応付けられた温度が設定される。この設定された温度となるようにＥＤＦＡの増幅媒体の温度が制御される。増幅媒体の温度は、ＥＤＦＡのキャリア回復時間をバースト周期の無信号区間の時間よりも長くするパラメータである。この場合、キャリア回復時間よりも短い無信号区間では、ＥＤＦＡにおいてキャリアが高準位に必要量を超えて蓄積されない。このため、ＥＤＦＡでの増幅時にキャリアの誘導放出が必要量を超えて多くならないので、バースト光信号を、オーバーシュートが生じないレベルで増幅できる。

　このようなＥＤＦＡを適用したバースト光増幅装置においても、上記（１）と同様に、増幅対象のバースト光信号で使用する波長の数を制限することなく、故障率が増加しないように、オーバーシュートを抑制できる。

　（３）前記光増幅部がＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）である場合において、前記記憶部は、前記ＳＯＡのキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して予め定められた所定時間短くするパラメータとしての当該ＳＯＡの増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶することを特徴とする上記（１）に記載のバースト光増幅装置である。

　この構成によれば、次のような作用効果が得られる。ＳＯＡは、ＥＤＦＡの通常のｍｓオーダのキャリア回復時間に比べ、キャリア回復時間が通常の数ｐｓ～ｎｓオーダと大幅に短い。このため、ＳＯＡによるバースト光信号の増幅時に、バースト光信号の光パワーが急激に劣化して下がってしまう。そこで、本発明ではＳＯＡのキャリア回復時間を、バースト光信号のバースト周期の無信号区間の時間よりも所定時間短くしたので、無信号区間において、ＳＯＡ増幅を適度に行うために必要な量のキャリアが溜まる。このため、バースト光信号の増幅時に適度なキャリアが誘導放出されるので、増幅後の立ち下り部分のパワー劣化を回復できる。

　その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

　１０　光ＴＤＭネットワークシステム
　１６，１６Ａ　バースト光増幅装置
　１６ａ　ＥＤＦＡ（光増幅部）
　１６ａＡ　ＳＯＡ（光増幅部）
　１６ａ３　温度制御部
　１６ａ４　設定制御部
　４ｍ，４ｍＡ　記憶部
　１６ａ６　温度センサ
　１Ｂ　バースト光信号
　Ｔ　バースト周期
　ｔｎ　無信号区間
　ｔｂ　信号区間

Claims

　バースト周期を構成する無信号区間と信号区間とが交番するバースト光信号を励起光に応じて増幅する光増幅部と、
　前記光増幅部の増幅媒体の温度を可変する温度制御部と、
　前記光増幅部のキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して長く又は短く可変するためのパラメータとしての増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係が、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶された記憶部と、
　前記光増幅部に入力されるバースト光信号のバースト周期を検出し、検出したバースト周期と同じバースト周期を前記記憶部から検索し、検索したバースト周期の無信号区間に対応付けられた前記温度を前記温度制御部に設定する設定制御部と
　を備え、
　前記温度制御部は、前記増幅媒体を前記設定された温度に制御する
　ことを特徴とするバースト光増幅装置。
　前記光増幅部がＥＤＦＡ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier）である場合において、
　前記記憶部は、前記ＥＤＦＡのキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して予め定められた所定時間長くするパラメータとしての当該ＥＤＦＡの増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶する
　ことを特徴とする請求項１に記載のバースト光増幅装置。
　前記光増幅部がＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）である場合において、
　前記記憶部は、前記ＳＯＡのキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して予め定められた所定時間短くするパラメータとしての当該ＳＯＡの増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係を、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶する
　ことを特徴とする請求項１に記載のバースト光増幅装置。
　バースト光信号を増幅するバースト光増幅装置によるバースト光増幅方法であって、
　前記バースト光増幅装置は、
　バースト周期を構成する無信号区間と信号区間とが交番するバースト光信号を励起光に応じて増幅する光増幅部と、
　前記光増幅部のキャリア回復時間を、前記無信号区間の時間に対して長く又は短く可変するためのパラメータとしての増幅媒体の温度と、前記無信号区間との対応関係が、周期が異なる複数のバースト周期毎に記憶された記憶部と
　を備え、
　前記光増幅部に入力されるバースト光信号のバースト周期を検出し、検出したバースト周期と同じバースト周期を前記記憶部から検索し、検索したバースト周期の無信号区間に対応付けられた前記温度を設定するステップと、
　前記増幅媒体を前記設定された温度に制御するステップと
　を実行することを特徴とするバースト光増幅方法。