(57)【要約】【課題】過渡時における出力光パワーの変動を抑制しつつ、定常時の特性の安定性を高くできる光増幅器の制御方法および光増幅装置を提供すること。【解決手段】入力された光を増幅して出力する少なくとも１つの光増幅器の入力光または出力光のパワーを検出し、検出した光パワーに応じて、前記光増幅器の動作をフィードバック制御する光増幅器の制御方法であって、前記光増幅器の入力光パワーまたは出力光パワーの変化量を算出する工程と、前記変化量をもとに前記入力光または出力光の状態が過渡状態か定常状態かを判定する工程と、前記判定結果が過渡状態か定常状態かに応じて、２種類以上の制御定数のうちのいずれか一つを選択して設定する工程と、前記設定した制御定数を用いて前記光増幅器の動作をフィードバック制御する工程と、を含む光増幅器の制御方法。【選択図】図１
2014236208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光を増幅して出力する少なくとも１つの光増幅器の入力光または出力光のパワーを検出し、検出した光パワーに応じて、前記光増幅器の動作をフィードバック制御する光増幅器の制御方法であって、
前記光増幅器の入力光パワーまたは出力光パワーの変化量を算出する工程と、
前記変化量をもとに前記入力光または出力光の状態が過渡状態か定常状態かを判定する工程と、
前記判定結果が過渡状態か定常状態かに応じて、２種類以上の制御定数のうちのいずれか一つを選択して設定する工程と、
前記設定した制御定数を用いて前記光増幅器の動作をフィードバック制御する工程と、
を含むことを特徴とする光増幅器の制御方法。
【請求項２】
前記設定する工程において、前記フィードバック制御定数を変更する場合に、変更するタイミングを調整することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器の制御方法。
【請求項３】
前記設定する工程において、前記光増幅器の入力光または出力光の検出の周期、前記光パワーの変化量を算出する時間間隔、または前記判定を行う際の閾値に応じて、前記変更するタイミングを調整することを特徴とする請求項２に記載の光増幅器の制御方法。
【請求項４】
前記入力光または出力光の変動時から、前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けること、
または前記光パワーの変化量が前記判定を行う際の閾値を上回るまたは下回ってから前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けることによって、
前記変更するタイミングを調整することを特徴とする請求項２または３に記載の光増幅器の制御方法。
【請求項５】
前記制御定数を、所定の制御定数計算モデルに従って算出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光増幅器の制御方法。
【請求項６】
前記光増幅器の入力光パワーを検出し、前記検出した入力光パワーに基づいて前記光増幅器の動作をフィードフォワード制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光増幅器の制御方法。
【請求項７】
入力された光を増幅して出力する少なくとも１つの光増幅器と、
前記光増幅器の入力光または出力光のパワーを検出する光検出器と、
前記光増幅器の入力光パワーまたは出力光パワーの変化量を算出する変化量計算部と、
前記変化量をもとに前記入力光または出力光の状態が過渡状態か定常状態かを判定する判定部と、
前記判定結果が過渡状態か定常状態かに応じて、２種類以上の制御定数のうちのいずれか一つを選択して設定する設定部と、
前記設定した制御定数を用いて、前記光検出器が検出した光パワーに応じて、前記光増幅器の動作をフィードバック制御する制御部と、
を備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項８】
前記設定部は、前記フィードバック制御定数を変更する場合に、変更するタイミングを調整することを特徴とする請求項７に記載の光増幅装置。
【請求項９】
前記設定部は、前記光増幅器の入力光または出力光の検出の周期、前記光パワーの変化量を算出する時間間隔、または前記判定を行う際の閾値に応じて、前記変更するタイミングを調整することを特徴とする請求項８に記載の光増幅装置。
【請求項１０】
前記設定部は、
前記入力光または出力光の変動時から、前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けること、
または前記光パワーの変化量が前記判定を行う際の閾値を上回るまたは下回ってから前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けることによって、
前記変更するタイミングを調整することを特徴とする請求項８または９に記載の光増幅装置。
【請求項１１】
前記制御定数を所定の制御定数計算モデルに従って算出する算出部をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の光増幅装置。
【請求項１２】
前記光検出部が検出した入力光パワーに基づいて前記光増幅器の動作をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器の制御方法および光増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長多重（Wavelength  Division  Multiplexing：ＷＤＭ）伝送技術を用いた光通信システムにおいては、伝送路の信頼性や品質の確保、及び効率的な運用が求められ、より高速で大容量伝送が可能なフォトネットワークへと発展してきた。このような、フォトネットワークにおいては、光伝送路の切り替えや障害発生等により、伝送路中の光パワーレベルが高速かつ頻繁に変化する場合がある。たとえば、波長多重信号光の信号チャネルがＡｄｄ／Ｄｒｏｐされると、伝送路中に設置されるエルビウム添加光ファイバ増幅器(Erbium  Doped  Fiber  Amplifier:ＥＤＦＡ)への入力光パワーレベルが急速に変化する。これによって、ＥＤＦ内部の反転分布状態も急激に変化するため、Ａｄｄ／Ｄｒｏｐされるチャネル以外の信号チャネル(残留信号チャネル)の、ＥＤＡからの出力光パワーレベルにオーバーシュートやアンダーシュートが発生する。このような光増幅器の過渡応答による出力光パワーの変動は、光増幅器の下流に接続された、光受信機や光増幅器等の各光機器が個々に持つダイナミックレンジからの逸脱による伝送エラーや光サージによる機器の破壊を生じさせる。そのため、これらの変動に対して、瞬時に、かつ、出力光パワーのオーバーシュート/アンダーシュート量を抑制可能な光増幅器の制御機構が望まれている。
【０００３】
特許文献１では、光増幅部への入力光パワーまたは出力光パワーに基づいて、利得一定制御手段の制御定数を調整することで、入力光パワー変動時の出力光パワーの変動を小さく抑えている。一方、特許文献２では、光増幅手段を、入力モニタの信号に応じてフィードフォワード制御による制御をする際に、制御信号をオーバーシュート信号にすることで、光増幅媒体固有の遅い応答性能を改善し、高速応答性を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９８９４３０号公報
【特許文献２】特開２００８−３００８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したフィードフォワード制御やフィードバック制御による単純な制御定数の調整の場合、定常時の特性と過渡時の特性とはトレードオフの関係となり、定常時と過渡時の両方において、最適な特性を実現することは困難であった。一方、近年、過渡時における光増幅器の出力光パワーの変動を抑制しつつ、定常時の特性の安定性が高いことが求められ、さらに、過渡時特性と周波数特性についてもトレードオフの関係となっているため、優れた周波数特性もあわせて求められるようになってきている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過渡時における出力光パワーの変動を抑制しつつ、定常時の特性の安定性を高くでき、さらにすぐれた周波数特性を得ることができる光増幅器の制御方法および光増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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器の制御方法は、入力された光を増幅して出力する少なくとも１つの光増幅器の入力光または出力光のパワーを検出し、検出した光パワーに応じて、前記光増幅器の動作をフィードバック制御する光増幅器の制御方法であって、前記光増幅器の入力光パワーまたは出力光パワーの変化量を算出する工程と、前記変化量をもとに前記入力光または出力光の状態が過渡状態か定常状態かを判定する工程と、前記判定結果が過渡状態か定常状態かに応じて、２種類以上の制御定数のうちのいずれか一つを選択して設定する工程と、前記設定した制御定数を用いて前記光増幅器の動作をフィードバック制御する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る光増幅器の制御方法は、上記発明において、前記設定する工程において、前記フィードバック制御定数を変更する場合に、変更するタイミングを調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光増幅器の制御方法は、上記発明において、前記設定する工程において、前記光増幅器の入力光または出力光の検出の周期、前記光パワーの変化量を算出する時間間隔、または前記判定を行う際の閾値に応じて、前記変更するタイミングを調整することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る光増幅器の制御方法は、上記発明において、前記入力光または出力光の変動時から、前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けること、または前記光パワーの変化量が前記判定を行う際の閾値を上回るまたは下回ってから前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けることによって、前記変更するタイミングを調整することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る光増幅器の制御方法は、上記発明において、前記制御定数を、所定の制御定数計算モデルに従って算出する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る光増幅器の制御方法は、上記発明において、前記光増幅器の入力光パワーを検出し、前記検出した入力光パワーに基づいて前記光増幅器の動作をフィードフォワード制御する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る光増幅装置は、入力された光を増幅して出力する少なくとも１つの光増幅器と、前記光増幅器の入力光または出力光のパワーを検出する光検出器と、前記光増幅器の入力光パワーまたは出力光パワーの変化量を算出する変化量計算部と、前記変化量をもとに前記入力光または出力光の状態が過渡状態か定常状態かを判定する判定部と、前記判定結果が過渡状態か定常状態かに応じて、２種類以上の制御定数のうちのいずれか一つを選択して設定する設定部と、前記設定した制御定数を用いて、前記光検出器が検出した光パワーに応じて、前記光増幅器の動作をフィードバック制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る光増幅装置は、上記発明において、前記設定部は、前記フィードバック制御定数を変更する場合に、変更するタイミングを調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る光増幅装置は、上記発明において、前記設定部は、前記光増幅器の入力光または出力光の検出の周期、前記光パワーの変化量を算出する時間間隔、または前記判定を行う際の閾値に応じて、前記変更するタイミングを調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る光増幅装置は、上記発明において、前記設定部は、前記入力光または出力光の変動時から、前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けること、または前記光パワーの変化量が前記判定を行う際の閾値を上回るまたは下回ってから前記制御定数を設定するまで待ち時間を設けることによって、前記変更するタイミングを調整することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る光増幅装置は、上記発明において、前記制御定数を所定の制御定数計算モデルに従って算出する算出部をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る光増幅装置は、上記発明において、前記光検出部が検出した入力光パワーに基づいて前記光増幅器の動作をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、過渡時における出力光パワーの変動を抑制しつつ、定常時の特性の安定性を高くでき、さらにすぐれた周波数特性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す制御回路のブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す光増幅装置における光増幅器の制御フローを示すフロー図である。
【図４】図４は、図３に示す制御フロー図を適用した場合のタイムチャート図である。
【図５】図５は、位相の周波数特性と利得の周波数特性を一つにまとめたシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、図１に示す光増幅装置における制御フローの変形例１を示すフロー図である。
【図７】図７は、図１に示す光増幅装置における制御フローの変形例２を示すフロー図である。
【図８】図８は、比較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９】図９は、図８に示す光増幅装置における入出力パワーの時間変化を示す図である。
【図１０】図１０は、図７に示す変形例２の制御フロー図を適用した場合の、図１に示す光増幅装置における入出力パワーの時間変化を示す図である。
【図１１】図１１は、図１に示す光増幅装置における制御フローの変形例３を示すフロー図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、制御定数計算モデルＡＡ、ＢＢの特性を示す図である。
【図１５】図１５は、図１３に示す光増幅装置における制御フローを示すフロー図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光増幅器の制御方法および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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学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、エルビウム添加光ファイバ(ＥＤＦ)１、ＷＤＭ光カプラ２、励起レーザダイオード（Laser  Diode：ＬＤ）３とを有する光増幅器４と、光カプラ５、７と、フォトダイオード（Photo  Diode：ＰＤ）６、８と、モニタ回路９、１０と、制御回路１１と、モニタ値記録部１２と、変化量計算部１３と、制御定数調整部１４と、を備えている。
【００２３】
以下、各構成要素について具体的に説明する。
この光増幅装置１００には、光入力側から、ＥＤＦ１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。
【００２４】
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、残りを光増幅器４に出力する。光増幅器４において、励起ＬＤ３は制御回路１１から駆動電力が供給されて、ＥＤＦ１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する。ＷＤＭ光カプラ２は、光カプラ５から出力された信号光と励起ＬＤ３から出力された励起光とを合波する。ＥＤＦ１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、光増幅器４から光増幅された信号光が出力される。
【００２５】
光カプラ７は、光増幅されて光増幅器４から出力された信号光の一部（たとえば１％〜５％の強度）をＰＤ８側に分岐し、残りを光増幅装置１００の外部に出力する。
【００２６】
ＰＤ６は、光カプラ５が分岐した、入力され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９に出力する。モニタ回路９は、たとえば対数変換回路で構成されており、ＰＤ６から入力された電流信号の値から、光増幅装置１００に入力される光のパワーを検出する。モニタ回路９は、検出した入力光のパワーを示す電圧信号Ｖinを制御回路１１に出力する。
【００２７】
同様に、ＰＤ８は、光カプラ７が分岐した、出力される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１０に出力する。モニタ回路１０は、たとえば対数変換回路で構成されており、ＰＤ８から入力された電流信号の値から、光増幅装置１００から出力する光のパワーを検出する。モニタ回路１０は、検出した出力光のパワーを示す電圧信号Ｖoutを制御回路１１に出力する。
【００２８】
制御回路１１は、入力された電圧信号をもとに、この光増幅装置１００がＡＬＣ（Automatic  Level  Control）動作またはＡＧＣ（Automatic  Gain  Control）動作するように励起ＬＤ３に駆動電力を供給して、光増幅器４の動作を制御する。ここで、ＡＬＣ動作とは、光増幅装置１００から出力する光のパワーが一定になる動作である。このように制御回路１１が光増幅装置１００をＡＬＣ動作させる制御をＡＬＣ制御と呼ぶ。また、ＡＧＣ動作とは、光増幅装置１００の増幅利得（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。このように制御回路１１が光増幅装置１００をＡＧＣ動作させる制御をＡＧＣ制御と呼ぶ。
【００２９】
制御回路１１は、ＰＩ（Proportional  Integral）制御やＰＩＤ（Proportional  Integral  Derivative）制御を用いたフィードバック制御によってＡＧＣ制御を行うように構成されている。ここでは、制御回路１１はＰＩＤ制御を用いる構成であるとする。図２は、図１に示す制御回路１１のブロック図である。図２に示すように、制御回路１１は、目標利得設定部１１ａと、利得偏差検出部１１ｂと、比例回路１１ｃと、積分回路１１ｄと、微分回路１１ｅと、加算回路１１ｆと、ＬＤ電流制御回路１１ｇとで構成されている。
【００３０】
利得偏差検出部１１ｂには、モニタ回路９からの出力信号と、モニタ回路１０からの出力信号と、目標利得設定部１１ａからの利得目標値Ｇ０と、が入力される。利得偏差検出部１１ｂは、検出に基づく光増幅装置１００の利得（測定利得）Ｇｍｏｎと目標利得Ｇ０との偏差ΔＧを計算し、この偏差ΔＧを比例回路１１ｃ、積分回路１１ｄ、および微分回路１１ｅに出力する。偏差ΔＧは以下の式で表される。
ΔＧ＝Ｇ０−Ｇｍｏｎ
【００３１】
比例回路１１ｃは、入力した偏差ΔＧに対応した比例ゲインＫｐを出力する。また、積分回路１１ｄは、ΔＧに対応した積分ゲインＫｉを出力する。また、微分回路１１ｅは、ΔＧに対応した微分ゲインＫｄを出力する。
【００３２】
これらの出力値Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄを、加算回路１１ｆに入力する。加算回路１１ｆは、これら値を加算することにより、以下の式に示すＬＤ電流値Ｉ０を算出する。
Ｉ０＝Ｋｐ＋Ｋｉ＋Ｋｄ
【００３３】
加算回路１１ｆは、この算出したＬＤ電流値Ｉ０をＬＤ電流制御回路１１ｇに出力する。ＬＤ電流制御回路１１ｇは、このＬＤ電流値Ｉ０を励起ＬＤ３に出力して励起ＬＤ３の電流制御を行っている。
【００３４】
ここで、上述したように光増幅装置１００に入力される信号光はＷＤＭ信号光であって、信号チャネル数および信号光全体の光パワーが一定である定常状態と、ＯＡＤＭ(Optical  Add-Drop  Multiplexer)などの波長合分波手段によって信号チャネルがＡｄｄ／Ｄｒｏｐされて信号チャネル数および信号光全体の光パワーが急激に変化する過渡状態とになることがある。このように光増幅装置１００に入力される信号光が定常状態または過渡状態であると、それに応じて光増幅装置１００から出力される信号光も定常状態または過渡状態となる。
【００３５】
この光増幅装置１００では、モニタ値記録部１２、変化量計算部１３、および制御定数調整部１４を備えることによって、定常状態であるか過渡状態であるかに応じて、光増幅器４の動作をフィードバック制御する際の制御定数を設定するようにしている。
【００３６】
以下、モニタ値記録部１２、変化量計算部１３、および制御定数調整部１４の動作について、図１および図３の制御フロー図を参照して説明する。
【００３７】
はじめに、モニタ回路９は、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）をモニタし、モニタ値を電圧信号として出力する（ステップＳ１）。なお、モニタ回路９は所定の繰り返し周期ｍにてモニタを行う。つぎに、モニタ値記録部１２は、モニタ回路９がモニタしたモニタ値を受付け、これを順次記録する（ステップＳ２）。
【００３８】
つぎに、変化量計算部１３は、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）のモニタ値と、時刻ｔから或る周期分の時間ｘだけ前における入力光パワーＰin（ｔ−ｘ）のモニタ値とを、モニタ値記録部１２から呼び出し、入力光パワーの変化量ΔＰin＝｜Ｐin（ｔ−ｘ）−Ｐin（ｔ）｜を計算し、制御定数調整部１４に出力する（ステップＳ３）。
【００３９】
つぎに、制御定数調整部１４は、内部に制御定数Ａ、Ｂ、閾値ａを記憶しており、ΔＰinが閾値ａを越えているか否かを判断する（ステップＳ４）。ΔＰinが閾値ａを越えている場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）は、入力光の状態が過渡状態であると判定し、制御定数として、過渡時に使用する制御定数Ａを選択する。そして、選択した制御定数Ａを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を、選択した制御定数Ａに設定し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。
【００４０】
一方、ΔＰinが閾値ａを越えていない場合（ステップＳ４、Ｎｏ）は、入力光の状態が定常状態であると判定し、制御定数として、定常時に使用する制御定数Ｂを選択する。そして、選択した制御定数Ｂを、制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を選択した制御定数Ｂに設定し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４１】
なお、ステップＳ３において、入力光パワーの変化量ΔＰｉｎを、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）のモニタ値と、時刻ｔ−ｘにおける入力光パワーＰin（ｔ−ｘ）のモニタ値との関係で求めているが、時刻ｔ−ｘにおける入力光パワーＰin（ｔ−ｘ）のモニタ値に代えて、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）のモニタ値と、時刻ｔ−ｘにおける入力光パワーＰin（ｔ−ｘ）のモニタ値との平均値を用いてもよい。
【００４２】
なお、ステップＳ５において、設定時に制御回路１１で使用している制御定数が制御定数Ａである場合は、制御定数Ａに設定するとは、使用する制御定数が制御定数Ａに維持されることを意味する。また、設定時に制御回路１１で使用している制御定数が制御定数Ｂである場合は、制御定数Ａに設定するとは、使用する制御定数が制御定数Ｂに変更されることを意味する。ステップＳ６においても同様である。
【００４３】
図４は、図３に示す制御フロー図を適用した場合のタイムチャート図である。図４の上段に示す光モニタ値は、入力光パワーのモニタ値を示し、下段に示す変化量は、入力光パワーの変化量ΔＰinを示している。図３の制御フローは、繰り返し周波数ｍ（繰り返し周期１／ｍ）で繰り返されている。光モニタ値が図４に示すように変化すると、時刻ｔ１までは、ΔＰinが閾値ａを超えていないと判定し、制御定数として定常時に使用する制御定数Ｂを選択、設定する。つぎに、時刻ｔ１において、ΔＰinが閾値ａを超えたと判定し、制御定数を過渡時に使用する制御定数Ａに変更する。さらに、時刻ｔ２において、ΔＰinが閾値ａを下回った（閾値ａを超えていない）と判定し、制御定数を定常時に使用する制御定数Ｂに変更する。
【００４４】
以上のように、光増幅器４の動作をフィードバック制御する際の制御定数は、入力光の状態が定常状態であるか過渡状態であるかに応じて選択・設定される。ここで、制御定数Ａは過渡時の制御により適する値であり、制御定数Ｂは定常時の制御により適する値である。たとえば、設定する制御定数が比例回路１１ｃにおける比例定数（比例ゲインＫｐを求める際の定数）である場合は、制御定数Ａは制御定数Ｂよりも大きい値に設定されている。
【００４５】
図５は、位相の周波数特性と利得の周波数特性を一つにまとめたシミュレーション結果の一例を示す図である。ここで、位相と利得の単位は任意単位であり、周波数の範囲は１０ＭＨｚ以下である。縦軸はΔＧで表している。制御定数Ａは過渡時の制御により適する値であり、制御定数Ｂは定常時の制御により適する値である。
【００４６】
このように、本実施の形態１に係る光増幅装置１００では、入力光の状態が過渡状態か定常状態かに応じて選択された制御定数を用いて光増幅器４をフィードバック制御するようにしているので、定常時の特性と過渡時の特性とのトレードオフの関係が解消される。その結果、この光増幅装置１００では、過渡時における出力光パワーの変動を抑制しつつ、定常時の特性の安定性を高くできる。
【００４７】
（変形例１）
図６は、図１に示す光増幅装置１００における制御フローの変形例１を示すフロー図である。この変形例１の制御フローでは、過渡時から定常時に制御定数を変更する光パワーの変化量の閾値ａと、定常時から過渡時に制御定数を変更する光パワーの変化量の閾値ｂとを異なる値としている。
【００４８】
以下、具体的に説明する。ステップＳ１〜ステップＳ３までは図３の場合と同様に行われる。すなわち、はじめに、モニタ回路９は、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）をモニタし、モニタ値を電圧信号として出力する（ステップＳ１）。つぎに、モニタ値記録部１２は、モニタ回路９がモニタしたモニタ値を受付け、これを順次記録する（ステップＳ２）。
【００４９】
つぎに、変化量計算部１３は、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）のモニタ値と、時刻ｔから或る周期分の時間ｘだけ前における入力光パワーＰin（ｔ−ｘ）のモニタ値とを、モニタ値記録部１２から呼び出し、入力光パワーの変化量ΔＰin＝｜Ｐin（ｔ−ｘ）−Ｐin（ｔ）｜を計算し、制御定数調整部１４に出力する（ステップＳ３）。
【００５０】
つぎに、制御定数調整部１４は、内部に制御定数Ａ、Ｂ、閾値ａ、ｂを記憶しており、現在の制御定数の設定が制御定数Ｂであるか否かを判定する（ステップＳ７）。制御定数Ｂである場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）は、ΔＰinが設定した所定の閾値ａを越えているか否かを判断する（ステップＳ４）。ΔＰinが閾値ａを越えている場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）は、入力光の状態が過渡状態であると判定し、制御定数として、過渡時に使用する制御定数Ａを選択する。そして、選択した制御定数Ａを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を選択した制御定数Ａに設定し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。また、ΔＰinが閾値ａを越えていない場合（ステップＳ４、Ｎｏ）は、制御定数を制御定数Ｂに設定したままステップＳ１に戻る。
【００５１】
一方、制御定数Ｂでない（制御定数Ａである）場合（ステップＳ７、Ｎｏ）は、ΔＰinが設定した所定の閾値ｂを下回っているか否かを判断する（ステップＳ８）。ΔＰinが閾値ｂを下回っている場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）は、入力光の状態が定常状態であると判定し、制御定数として、定常時に使用する制御定数Ｂを選択する。そして、選択した制御定数Ｂを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を、選択した制御定数Ａに設定し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。また、ΔＰinが閾値ｂを下回っていない場合（ステップＳ８、Ｎｏ）は、制御定数を制御定数Ａに設定したままステップＳ１に戻る。
【００５２】
このように、過渡時から定常時に制御定数を変更する光パワーの変化量の閾値ａと、定常時から過渡時に制御定数を変更する光パワーの変化量の閾値ｂとを異なる値とすることで、制御定数を変更するタイミングを、過渡時から定常時への場合と、定常時から過渡時へとの場合で、それぞれ最適にすることができる。たとえば、ＰＩ制御を行う場合、閾値が１つの場合は、ＰＩ制御の積分ゲインの偏差の累積値が十分小さくなる前に、制御定数を定常時のものに戻してしまう場合があり、出力光にオーバーシュート/アンダーシュートが発生する場合がある。これに対して、２つの異なる閾値を設けることで、このようなオーバーシュート/アンダーシュートの発生を抑制ないし防止することができる。
【００５３】
（変形例２）
図７は、図１に示す光増幅装置１００における制御フローの変形例２を示すフロー図である。この変形例２の制御フローでは、状態の判定を行ってから制御定数を設定するまでに待ち時間を設けて、制御定数を設定または変更するタイミングを調整している。これによって、入力光パワーの変動時から制御定数を設定するまでに、および、光パワーの変化量が閾値を上回るまたは下回ってから制御定数を設定するまで、所定の待ち時間が与えられる。
【００５４】
変形例２の制御フローでは、図３に示す制御フローと同様の制御を行っているが、以下の点で異なる。すなわち、変形例２の制御フローでは、ステップＳ４において、ΔＰinが設定した所定の閾値ａを越えていると判断した場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）に、入力光の状態が過渡状態であると判定し、制御定数として制御定数Ａを選択するが、その後、所定の待ち時間ＴＡを設ける（ステップＳ９）。そして、待ち時間ＴＡが経過後、選択した制御定数Ａを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を選択した制御定数Ａに設定し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。
【００５５】
同様に、ΔＰinが閾値ａを越えていないと判断した場合（ステップＳ４、Ｎｏ）に、入力光の状態が定常状態であると判定し、制御定数として制御定数Ｂを選択するが、その後、所定の待ち時間ＴＢを設ける（ステップＳ１０）。そして、待ち時間ＴＢが経過後、選択した制御定数Ｂを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を選択した制御定数Ｂに設定し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
【００５６】
特に、ステップＳ５において、制御定数を、定常時の制御定数Ｂから過渡時の制御定数Ａに変更する場合に、適切な待ち時間ＴＡを設定し、変更のタイミングを調整することによって、過渡時のオーバーシュート／アンダーシュート量をより一層抑制することができる。一方、ステップＳ６において、制御定数を、過渡時の制御定数Ａから定常時の制御定数Ｂに変更する場合に、適切な待ち時間ＴＢを設定し、変更のタイミングを調整することによって、定常時の安定な制御状態に短時間で収束できるので、定常時の安定性が高まる。
【００５７】
待ち時間ＴＡ、ＴＢの設定は、制御の構成（たとえばフィードバック制御のみの構成か、後述するフィードバック制御とフィードフォワード制御とを併せた構成か、等）や、光パワーの変化の速さや変化量等に応じて、上述した過渡時のオーバーシュート／アンダーシュート量を抑制したり、定常時の安定な制御状態への短時間での収束を実現したりするように、適宜設定することができる。または、待ち時間ＴＡ、ＴＢの設定は、入力光パワーの検出の周期である繰り返し周期ｍや、変化量計算部１３における入力光パワーの変化量ΔＰinの算出の時間間隔である時間ｘや、閾値（ａやｂ）に応じて設定してもよい。
【００５８】
つぎに、本実施の形態１に係る光増幅装置１００において図７に示す変形例２の制御フローを行う場合と、制御定数の変更を行わない比較形態に係る光増幅装置の場合と、においてＡＧＣ制御を行い、その特性のシミュレーションを行った。
【００５９】
図８は、比較形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。この比較形態に係る光増幅装置１０００は、実施の形態１に係る光増幅装置１００から、モニタ値記録部１２、変化量計算部１３、および制御定数調整部１４を削除した構成を有しており、制御回路１１は固定した制御定数にてＡＧＣ制御を行うものである。
【００６０】
ＡＧＣ制御された光増幅装置１００、１０００において、入力光に信号チャネルのＡｄｄが発生し、入力光パワーが立ち上がり時間１００μｓで増加する場合の、光出力のシミュレーション結果について説明する。
【００６１】
図９は、図８に示す比較形態に係る光増幅装置１０００における入出力パワーの時間変化を示す図である。なお、出力光のパワーの時間変化は利得の変化（Δｇａｉｎ）として示している。出力光１は、過渡時に使用する制御定数ＡのみでＡＧＣ制御を行った場合を示している。出力光２は、定常時に使用する制御定数ＢのみでＡＧＣ制御を行った場合を示している。また、図９では、定常時（約−０．２ｍｓ付近）における出力光の波形の一部を拡大して示している。
【００６２】
図９に示すように、入力光は横軸の時間が０ｍｓから１００μｓ（０．１ｍｓ）の間でパワーが急激に増加しており、過渡状態にあるが、その他の時間ではパワーが一定であり、定常状態にある。このとき、出力光１の場合は、出力光２の場合に対し、オーバーシュート量が小さく、利得が収束するまでの時間も短く過渡特性に優れているが、拡大した領域に示すように、波形の振幅が大きくなっており、定常時の安定性が悪い。一方、出力光２の場合は、出力光１の場合に対し、波形の振幅が小さく定常時の安定性に優れるが、オーバーシュート量が大きく過渡特性が劣る。このように比較形態では、過渡時の特性と定常時の特性とがトレードオフの関係になる。
【００６３】
図１０は、変形例２の制御フロー図を適用した場合の光増幅装置１００における入出力パワーの時間変化を示す図である。出力光３の場合は、待ち時間ＴＡを０．０３ｍｓに設定し、待ち時間ＴＢを０．４５ｍｓに設定している。出力光４の場合は、待ち時間ＴＡを０ｍｓに設定し、待ち時間ＴＢを０．１ｍｓに設定している。
【００６４】
図１０に示すように、出力光４の場合は、比較形態の出力光１、２の場合と比較して、オーバーシュート量の抑制と定常時の安定性が両立されている。出力光３の場合は、出力光４の場合よりもさらにオーバーシュート量が抑制され、かつ利得が収束するまでの時間も短くなっている。
【００６５】
（変形例３）
図１１は、図１に示す光増幅装置１００における制御フローの変形例３を示すフロー図である。
【００６６】
変形例３の制御フローは、図６に示す変形例１の制御フローと図７に示す変形例２の制御フローを組み合わせたものである。すなわち、変形例２の制御フローでは、ステップＳ４において、ΔＰinが設定した所定の閾値ａを越えていると判断した場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）に、入力光の状態が過渡状態であると判定し、制御定数として制御定数Ａを選択するが、その後、所定の待ち時間ＴＡを設ける（ステップＳ９）。そして、待ち時間ＴＡが経過後、選択した制御定数Ａを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を選択した制御定数Ａに設定し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。
【００６７】
同様に、ΔＰinが閾値ｂを下回っていると判断した場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）に、入力光の状態が定常状態であると判定し、制御定数として制御定数Ｂを選択するが、その後、所定の待ち時間ＴＢを設ける（ステップＳ１０）。そして、待ち時間ＴＢが経過後、選択した制御定数Ｂを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を選択した制御定数Ｂに設定し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
【００６８】
変形例３の制御フローでは、変形例１の制御フローを用いたことによる効果と変形例２の制御フローを用いたことによる効果の両方が得られる。
【００６９】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、本実施の形態２に係る光増幅装置２００は、図１に示す実施の形態１に係る光増幅装置１００の構成に、さらにフィードフォワード制御部１５と加算器１６とを追加した構成を有する。
【００７０】
フィードフォワード制御部１５には、モニタ回路９から、検出した入力光のパワーを示す電圧信号Ｖinが入力される。フィードフォワード制御部１５は、入力された電圧信号Ｖinをもとに、励起ＬＤ３に対する電流値の加算値Ｉ１を出力する。なお、フィードフォワード制御部１５は、電圧信号Ｖinと加算値Ｉ１との対応を示すルックアップテーブルや、電圧信号Ｖinから加算値Ｉ１を算出する一次式等の計算式を記憶しており、ルックアップテーブルの参照や計算式を用いた計算等によって得られた、電圧信号Ｖinに対応する加算値Ｉ１を出力する。なお、加算値Ｉ１は、たとえば特許文献２に記載の技術と同様に、入力光パワーの急激な変化を相殺するように設定される。
【００７１】
加算器１６は、制御回路１１から出力されたＬＤ電流値Ｉ０に、フィードフォワード制御部１５から出力された電流値の加算値Ｉ１を加算して、ＬＤ電流値（Ｉ０＋Ｉ１）を励起ＬＤ３に出力する。その結果、制御回路１１およびフィードフォワード制御部１５は、光増幅器４に対してフィードバック制御およびフィードフォワード制御の両方を行う。
【００７２】
本実施の形態２に係る光増幅装置２００では、実施の形態１に係る光増幅装置１００における、入力光の状態に応じて選択された制御定数を用いた光増幅器４のフィードバック制御とともに、フィードフォワード制御も行うようにしているので、過渡時における出力光パワーの変動の抑制と、定常時の特性の安定性とを、より良好なものとできる。
【００７３】
（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施の形態３に係る光増幅装置３００は、図１２に示す実施の形態２に係る光増幅装置２００の構成をもとに、さらに制御定数計算モデル選択部１７を追加し、かつモニタ回路１０は、検出した出力光のパワーを示す電圧信号Ｖoutを制御定数調整部１４にも出力する構成を有している。
【００７４】
制御定数調整部１４は、制御定数計算モデルＡＡ、ＢＢを記憶している。図１４は、制御定数計算モデルＡＡ、ＢＢの特性を示す図である。これらの計算モデルは、たとえば特許文献１のように、光増幅器への入力光パワーまたは出力光パワーに基づいて、ＡＧＣ制御の制御定数を調整するような計算モデルである。図１４に示すように、制御定数計算モデルＡＡ、ＢＢのいずれも、出力光パワーの増加に比例して制御定数値も増加する制御定数計算モデルである。
【００７５】
図１５は、図１３に示す本実施の形態３に係る光増幅装置３００における制御フローを示すフロー図である。
【００７６】
図１５において、ステップＳ１〜ステップＳ３までは図３の場合と同様に行われる。すなわち、はじめに、モニタ回路９は、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）をモニタし、モニタ値を電圧信号として出力する（ステップＳ１）。つぎに、モニタ値記録部１２は、モニタ回路９がモニタしたモニタ値を受付け、これを順次記録する（ステップＳ２）。
【００７７】
つぎに、変化量計算部１３は、時刻ｔにおける入力光パワーＰin（ｔ）のモニタ値と、時刻ｔからｘ周期前における入力光パワーＰin（ｔ−ｘ）のモニタ値とを、モニタ値記録部１２から呼び出し、入力光パワーの変化量ΔＰin＝｜Ｐin（ｔ−ｘ）−Ｐin（ｔ）｜を計算し、制御定数計算モデル選択部１７に出力する（ステップＳ３）。
【００７８】
つぎに、制御定数計算モデル選択部１７は、ΔＰinが設定した所定の閾値ａを越えているか否かを判断する（ステップＳ４）。ΔＰinが閾値ａを越えている場合は（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、入力光の状態が過渡状態であると判定し、制御定数計算モデルとして、過渡時に使用する制御定数計算モデルＡＡを選択し、制御定数計算モデルＡＡを使用する指令を制御定数調整部１４に出力する。制御定数調整部１４は、入力された指令に基づき、使用するモデルを制御定数計算モデルＡＡに設定する（ステップＳ１１）。そして、制御定数調整部１４は、制御定数計算モデルＡＡを用いて、検出した出力光のパワーを示す電圧信号Ｖoutから制御定数を計算する（ステップＳ１３）。そして、計算した制御定数を制御回路１１に出力して、ステップＳ１に戻る。
【００７９】
また、制御定数計算モデル選択部１７は、ΔＰinが閾値ａを越えていない場合は（ステップＳ４、Ｎｏ）、入力光の状態が定常状態であると判定し、制御定数計算モデルとして、定常時に使用する制御定数計算モデルＢＢを選択し、制御定数計算モデルＢを使用する指令を制御定数調整部１４に出力する。制御定数調整部１４は、入力された指令に基づき、使用するモデルを制御定数計算モデルＢＢに設定する（ステップＳ１２）。そして、制御定数調整部１４は、制御定数計算モデルＢＢを用いて、検出した出力光のパワーを示す電圧信号Ｖoutから制御定数を計算する（ステップＳ１３）。そして、計算した制御定数を制御回路１１に出力して、ステップＳ１に戻る。
【００８０】
本実施の形態３に係る光増幅装置３００およびその制御フローによれば、複数の制御定数計算モデルを用いて制御定数を設定できるので、過渡時における出力光パワーの変動をさらに抑制しつつ、定常時の特性の安定性をよりいっそう高くできる。
【００８１】
（実施の形態４）
図１６は、本発明の実施の形態４に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。図１６に示すように、本実施の形態４に係る光増幅装置４００は、図１に示す実施の形態１に係る光増幅装置１００の構成において、モニタ値記録部１２、変化量計算部１３、および制御定数調整部１４が、光出力側のモニタ回路１０がモニタした出力光パワーによって動作するように構成したものである。
【００８２】
すなわち、モニタ値記録部１２は、モニタ回路１０がモニタしたモニタ値を受付け、これを順次記録する。変化量計算部１３は、時刻ｔにおける出力光パワーＰout（ｔ）のモニタ値と、時刻ｔからｘ周期前における出力光パワーＰout（ｔ−ｘ）のモニタ値とを、モニタ値記録部１２から呼び出し、出力光パワーの変化量ΔＰout＝｜Ｐout（ｔ−ｘ）−Ｐout（ｔ）｜を計算し、制御定数調整部１４に出力する。
【００８３】
制御定数調整部１４は、ΔＰoutが所定の閾値を越えていると判断した場合は、入力光の状態が過渡状態であると判定し、制御定数として、過渡時に使用する制御定数Ａを選択し、制御定数Ａを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を制御定数Ａに設定する。
【００８４】
一方、ΔＰoutが所定の閾値を越えていないと判断した場合は、入力光の状態が定常状態であると判定し、制御定数として、定常時に使用する制御定数Ｂを選択し、制御定数Ｂを制御回路１１に出力して、制御回路１１で使用する制御定数を制御定数Ｂに設定する。
【００８５】
本実施の形態４に係る光増幅装置４００の構成は、出力光パワーをモニタするようにしているので、光増幅装置の起動時やシャットダウン解除時において、光入力状態は変化しないが、過渡時に使用する制御定数Ａを使用する必要がある場合に好適に適用できるものである。
【００８６】
なお、上記実施の形態では、光増幅装置は１つ光増幅器を備えているが、複数の光増幅器を備え、これらを同時に制御するようにしてもよい。
【００８７】
また、上記実施の形態では、光増幅器は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器や、ラマン光増幅器等の他の方式の光増幅器にも適用できるものである。
【００８８】
また、上記実施の形態では、選択、設定する制御定数または制御定数計算モデルは２つであるが、本発明に係る光増幅器の制御方法および光増幅装置は、３以上の複数の制御定数または制御定数計算モデルから選択、設定をする構成としてもよい。
【００８９】
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。たとえば、実施の形態２〜４に係る光増幅装置のいずれに対しても、変形例１〜３の異なる閾値や待ち時間を設ける制御フローを適用してもよい。また、実施の形態１〜３に係る光増幅装置に、実施の形態４のように光出力パワーをもとに制御定数の設定を行う構成を組み合わせてもよい。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。
【符号の説明】
【００９０】
１  ＥＤＦ
２  ＷＤＭ光カプラ
３  励起ＬＤ
４  光増幅器
５、７  光カプラ
６、８  ＰＤ
９、１０  モニタ回路
１１  制御回路
１１ａ  目標利得設定部
１１ｂ  利得偏差検出部
１１ｃ  比例回路
１１ｄ  積分回路
１１ｅ  微分回路
１１ｆ  加算回路
１１ｇ  ＬＤ電流制御回路
１２  モニタ値記録部
１３  変化量計算部
１４  制御定数調整部
１５  フィードフォワード制御部
１６  加算器
１７  制御定数計算モデル選択部
１００、２００、３００、４００  光増幅装置
【図１】
2014236208.tif 000003
【図２】
2014236208.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014236208.tif 000010
【図９】
2014236208.tif 000011
【図１０】
2014236208.tif 000012
【図１１】
2014236208.tif 000013
【図１２】
2014236208.tif 000014
【図１３】
2014236208.tif 000015
【図１４】
2014236208.tif 000016
【図１５】
2014236208.tif 000017
【図１６】
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