(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅用光ファイバーに合波信号光からなる入力信号光と励起用光源からの励起光を供給し、上記入力信号光を増幅して出力信号光とする光ファイバー増幅器であって、
上記入力信号光を検出する入力信号光検出手段と、増幅された出力信号光を検出する出力信号光検出手段とを有し、入力信号光検出手段からの出力値と出力信号光検出手段からの出力値の比が一定となるように上記励起用光源の励起光量を制御する第１のフィードバックループを形成するとともに、
上記入力信号光検出手段の出力値を上記増幅用光ファイバーの増幅利得特性の逆システムにローパスフィルタを含めた低域通過型擬似逆システムを通して、上記励起用光源の駆動信号に加算するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする光ファイバー増幅器。
【請求項２】
上記第１のフィードバックループにおける、入力信号検出手段と出力信号検出手段が、それぞれ合波信号光からなる入出力信号光のうち特定波長の信号光のみを検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバー増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は増幅用光ファイバーを利用して信号光を直接増幅する光ファイバー増幅器に関し、特に入力信号光と出力信号光の比が一定となるように制御する一定制御（ＡＧＣ）方式の光ファイバー増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より光信号を増幅するための光ファイバー増幅器が使用されており、このときに入力信号と出力信号を一定比に制御できる光ファイバー増幅器を本出願人は提案した。
【０００３】
これは、図６に示すように、入力光３１は光分岐器３２、増幅用光ファイバーであるＥＤＦ（エルビウム・ドープ・ファイバー）３３、光合波器３４、光分岐器３５を経由して増幅された出力光３６となる。一方、励起用光源である励起用半導体レーザー３９から出力された励起光が光合波器３４を経由してＥＤＦ３３に導かれ、入力光３１を励起し増幅する。
【０００４】
ここで、入力光３１が増幅される度合いは、入力光３１の波長、光量レベル（光パワー）、励起用半導体レーザー３９のパワー（励起パワー）などによって決まるが、この例では励起用半導体レーザー３９の励起パワーを変化させて出力光３６のパワーを制御する方式である。
【０００５】
光分岐器３２、３５はそれぞれ入力光３１、出力光３６をモニターするためにそれぞれ数％分岐するものであり、それぞれの出力は入力光モニター３８、出力光モニター４１に接続されて電気信号に変換される。
【０００６】
電気信号に変換されたそれぞれの出力は比較器４５で比較されその誤差信号は位相補償器４４、駆動回路４３を介して励起用半導体レーザー３９を制御する。さらに入力光モニター３８の出力はフィードフォワード補償４６を介して駆動回路４３に加算される構成である。
【０００７】
このような構成とすることによって、大きな温度変化（例えば−２５℃〜＋８０℃）や径時変化に基づく光ファイバー増幅器の出力変動を補償し、長期にわたる出力変動のきわめて少ない安定した利得一定制御をし得る光ファイバー増幅器が開発されている。
【０００８】
なお、図７は入力信号パワーと励起パワーを変化させた場合の光ファイバー増幅器の利得（計算値）を表したものであり、利得は入力信号光レベルと励起パワーに依存している。また、励起パワーを一定にした場合、入力信号レベルが小さい方が利得は大きくなる事を示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような光ファイバー増幅器において、入力光３１として複数の波長光を含む合波信号光を用いたＷＤＭ伝送システムの場合、制御が困難になるという問題があった。
【００１０】
即ち、複数の伝送チャネルを使うＷＤＭ伝送システムにおいては光パス切り替え、システムの増設、障害等によりチャネル数が変動する。チャネル数の変動すなわち、チャネル数の欠落や増加が起こると、図６に示す光ファイバー増幅器では存続チャネルの利得が変動し、これによって出力光３６の信号レベル変動が生じてしまい、過渡振動となって光中継システムを伝播し受信側のビットエラー（伝送誤り）  が大きくなるという問題があった。
【００１１】
これは、図６の光ファイバー増幅器では、定常的な安定性は十分であるが、ＷＤＭ伝送に対して発生するチャネル数の変動のような過渡特性に対する応答性が考慮されていないことに起因している。フィードフォワード補償４６にしても補償器は定数であったため過渡特性は振動的になってしまい、性能が不十分であった。
【００１２】
上記問題を解決するためにはチャネル数変動があった場合に高速に上記の利得一定制御（ＡＧＣ）動作を行う必要がある。
【００１３】
この制御の応答速度は、増幅用光ファイバーにおける増幅利得の過渡特性以上の速度である１０μｓｅｃ以下で安定動作させる必要がある（Ｙ．Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，ＯＳＡ  ＴＯＰＳ  ｏｎ  ＯＡＡ  ’９７，Ｖｏｌ．ＸＶＩ，ｐｐ．３３３−３５３，１９９７参照）。即ち、利得の過渡応答の時定数は、従来からいわれているような１１０〜３４０μｓｅｃ程度ではなく、ＷＤＭ伝送においては従来よりも高出力のファイバー増幅器が必要である為、利得の過渡応答の時定数は１０μｓｅｃ以下であることが求められている。
【００１４】
なお、ここでいう利得の動特性とは、励起パワーを一定にしておいて、たとえば２つの波長光の合波信号光のうち１波長光が欠落か追加された場合に、他の１波長光の利得変動がおこる動特性のことである。励起パワーを変化させることでこの利得変動を抑える事が可能であり、利得一定制御が重要な背景には、このような利得特性がある。
【００１５】
そこで、本発明は、複数の波長光の合波信号光を用いたＷＤＭ伝送システムにおいて、チャネル数変動に対しても存続チャネルのレベル変動を発生させない光ファイバー増幅器を提供する事を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、増幅用光ファイバーに合波信号光からなる入力信号光と励起用光源からの励起光を供給し、上記入力信号光を増幅して出力信号光とする光ファイバー増幅器であって、上記入力信号光を検出する入力信号光検出手段と、増幅された出力信号光を検出する出力信号光検出手段とを有し、入力信号光検出手段からの出力値と出力信号光検出手段からの出力値の比が一定となるように上記励起用光源の励起光量を制御する第１のフィードバックループを形成するとともに、上記入力信号光検出手段の出力値を上記増幅用光ファイバーの増幅利得特性の逆システムにローパスフィルタを含めた低域通過型擬似逆システムを通して上記励起用光源の駆動信号に加算するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明において、第１のフィードバックループにおける入力信号検出手段と出力信号検出手段が、それぞれ合波信号光からなる入出力信号光のうち特定波長の信号光のみを検出するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、参考例として、ある特定波長の信号光のみをモニターするようにした形態を図１に示す。
【００２０】
波長λ１〜λ８の８種類の波長光の合波信号光からなる入力信号光１は、光分岐器２、光増幅用ファイバーであるＥＤＦ（エルビウム・ドープ・ファイバー）３、光合波器４、光分岐器５を経由して増幅された出力信号光６となる。一方、励起用光源である励起用半導体レーザー９の出力は光合波器４を経由してＥＤＦ３に導かれ、入力信号光１を励起し、入力信号光１は増幅されて出力信号光６となる。
【００２１】
入力信号光１が増幅される度合いは、入力信号光１の波長、光量レベル（光パワー）、励起用半導体レーザー９のパワー（励起パワー）などによって決まるが、ここでは励起パワーを変化させて出力信号光６のパワーを制御する方式である。
【００２２】
光分岐器２、５は入力信号光１、出力信号光２をモニターするためにそれぞれ４％程度分岐するものであり、それぞれの出力は波長選択フィルタ７、１０を介して、合波信号光（λ１〜λ８の８波長光）のうち例えば波長λ８の波長光のみを選択し、それぞれ入力光モニター８、出力光モニター１１に接続されて電気信号に変換される。
【００２３】
電気信号に変換されたそれぞれの出力は比較器１５で比較されその誤差信号は位相補償器１４、レーザー駆動回路１３を介して励起用半導体レーザー９を制御することにより、第１のフィードバックループを構成してある。
【００２４】
このように構成することで入力信号光１と出力信号光６の比（信号光の増幅利得）を制御している。ここで、位相補償器１４は出力光モニター１１からのフィードバックループを安定化させる為に使用していて、特に低周波領域のループゲインを確保するためのものであるので、この第１のフィードバックループのみでは本発明で求められる１０μｓｅｃ以下の応答速度は実現できない。
【００２５】
例えば合波信号光のうち波長λ１〜λ４までの信号が欠落すると、波長λ５〜λ８の利得は増加して、出力パワーが変動してしまう。この出力変動をなくすように前述の第１のフィードバックループは動作するが、１ｍｓｅｃ程の応答速度であるため出力変動が生じてしまう。
【００２６】
そこで本発明では、１０μｓｅｃ以下の高速で動作するように設計された観測器１２を備え、この観測器１２で入力信号光１のレベル変化を推定し、その変化による利得変動を補うように励起用半導体レーザー９を動作させるものである。
【００２７】
ここで観測器１２とは、制御理論で用いられる外乱オブザーバーである。本実施形態の光ファイバー増幅器においては目標値は入力信号光１のレベルで、制御信号は励起用半導体レーザー９の励起パワーの制御系である。また、図７に示すように、入力信号光１のレベルが小さい時は入力信号光１と出力信号光６のレベルは比例関係にあり、入力信号光１のレベルが大きくなると出力信号光６は飽和してくる。これらから入力信号光１は制御系からみてフィードフォワード信号、あるいは外乱信号とみなすことも出来る。ここでは入力信号光１を外乱信号とみなし、外乱オブザーバーを用いて推定し、その値をレーザー駆動回路１３に加算しているのである。
【００２８】
なお、観測器１２は、増幅用光ファイバーであるＥＤＦ３の増幅利得特性Ｇ（ｓ）  の逆システムＧ＾（ｓ）  に出力モニター１１からの信号を通過させ、これと位相補償器１４を通過したレーザー駆動信号とを比較器で比較し、その誤差信号をカットオフ３ＭＨｚのローパスフィルタであるＱ（ｓ）  フィルタを通過させて上記レーザ駆動信号に加算することで、第２のフィードバックループを構成したものである。
【００２９】
次に、他の参考例として、利得一定制御を行うモニター信号として全信号光をモニターしたものを図２に示す。
【００３０】
この参考例は、図１に示したものと同様であるが、図１のような波長選択フィルタ７、１０を備えておらず、入力信号光１、出力信号光６の全信号光をモニターし、これによって上記と同様の第１のフィードバックループを形成するとともに、観測器１２を備えたものである。
【００３１】
以上の図１、２に示した光ファイバー増幅器では、第１のフィードバックループに加えて、観測器１２を備えた第２のフィードバックループを備えることによって、１０μｓｅｃ以下の応答速度で利得一定制御を行うことができる。
【００３２】
次に、本発明において、ある特定波長の信号光のみをモニターするようにした実施形態を図３に示す。
【００３３】
図３に示す光ファイバー増幅器は、図１に示すものと同様であるが、観測器１２を備えておらず、その代わりに新たな光分岐器１８、入力光モニター１９を介して入力信号光１の全光量をモニターしてフィードフォワード補償器１６を通過させて、レーザー駆動信号に加算している。
【００３４】
ここでフィードフォワード補償器１６は、ＥＤＦ３の増幅利得特性Ｇ（ｓ）の逆システムＧ＾（ｓ）に、高周波成分のノイズを増幅しないようなローパスフィルタを含めた低域通過型擬似逆システムである。具体的なフィードフォワード補償は数１に示す通りであり、例えばＴ1 ＝０．０００００１、Ｔ2 ＝０．００００００２５とすればよい。
【００３５】
【数１】
0003628202.tif 000002
【００３６】
図６に示す従来技術のようなフィードフォワード補償器が定数の場合にくらべ、本実施形態の光ファイバー増幅器では、制御対象であるＥＤＦ３の特性が考慮されており高速な利得一定制御がおこなえる。
【００３７】
次に、本発明の他の実施形態として、利得一定制御を行うモニター信号として全信号光をモニターしたものを図４に示す。
【００３８】
この実施形態は、図３に示したものと同様であるが、図３のような波長選択フィルタ７、１０を備えておらず、入力信号光１、出力信号光６の全信号光をモニターし、これによって上記と同様の第１のフィードバックループを形成するとともに、入力モニター８の信号をフィードフォワード補償器１６を通過させてレーザー駆動信号に加算するようにしたものである。
【００３９】
これら図３、４に示す実施形態では、ＥＤＦ３の増幅の逆過渡特性を模擬したフィードフォワード補償を行うことによって、入力信号光１の急激な変動にも出力が追従するように過渡特性を向上させている。
【００４０】
【実施例】
図１に示す本発明の光ファイバー増幅器と、比較例である図６の光ファイバー増幅器について、チャンネル数変動があった場合の利得変動を測定した。その結果を図５に示すように、本発明の光ファイバー増幅器はチャネル数変動に対する利得変動が非常に小さく、存続チャネルのレベル変動を発生させない高速な利得一定制御が可能であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればＷＤＭ伝送システムにおいて、光パス切り替え、システムの増設、障害等によりチャネル数の変動が生じた場合でも、高速に利得一定制御を行い、存続チャネルのレベル変動が生じない制御が可能である。従って、ＷＤＭ伝送中継システムに適した極めて安定した光ファイバー増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の光ファイバー増幅器を示すブロック図である。
【図２】他の参考例の光ファイバー増幅器を示すブロック図である。
【図３】本発明の光ファイバー増幅器を示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態の光ファイバー増幅器を示すブロック図である。
【図５】本発明と比較例の光ファイバー増幅器における、チャンネル変動時の利得変動を示すグラフである。
【図６】従来の光ファイバー増幅器を示すブロック図である。
【図７】光ファイバー増幅器における励起パワーと利得の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：入力信号光
２、５：光分岐器
３：ＥＤＦ
４：光合波器
６：出力信号光
７、１０：波長選択フィルタ
８：入力光モニター
９：励起用半導体レーザー
１１：出力光モニター
１２：観測器
１３：レーザー駆動回路
１４：位相補償器
１５：比較器
１６：フィードフォワード補償器
【図１】
0003628202.tif 000003
【図２】
0003628202.tif 000004
【図３】
0003628202.tif 000005
【図４】
0003628202.tif 000006
【図５】
0003628202.tif 000007
【図６】
0003628202.tif 000008
【図７】
0003628202.tif 000009