(57)【要約】光増幅器装置からの光出力電力を制御するための方法および装置。該装置は、そこを通って伝搬する光入力信号に利得を与えるための希土類でドーピングしたファイバと、希土類でドーピングしたファイバにポンプ電力を供給するためのポンプ源と、希土類でドーピングしたファイバが発生した出力電力の一部を受信し、それを制御信号に変換するためのタップとを含む。コントローラは、また制御信号を受信し、ポンプ源を駆動するためにそれに応じてバイアス電流を発生させるためのものである。この方法は、所定の周波数で振幅変調中の光入力信号を受信した時に開始する。コントローラのスルーレートは、バイアス電流が、コントローラが確立したスルーレート制限より速い速度で変化することができないポンプ電力を発生すべく、ポンプ源を駆動するように調整される。このようにして、入力信号とフィードバック制御ループの周波数との間の共振を避けることができる。
2005516422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
そこを通って伝搬する光入力信号に利得を与えるための希土類でドーピングしたファイバと、前記希土類でドーピングしたファイバにポンプ電力を供給するためのポンプ源と、前記希土類でドーピングしたファイバが発生した出力電力の一部を受信し、前記出力電力の前記一部を制御信号に変換するためのタップと、前記制御信号を受信し、前記ポンプ源を駆動するためにそれに応じてバイアス電流を発生するためのコントローラと、を含む光増幅器装置からの光出力電力を制御するための方法であって、
所定の周波数で振幅変調中の光入力信号を受信する工程と、
前記コントローラが確立したスルーレート制限より速い速度で変化することができないポンプ電力を発生するために、前記バイアス電流が前記ポンプ源を駆動するように前記コントローラのスルーレートを調整する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記出力電力を監視する工程と、それに従って前記スルーレートを自動的に調整する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光入力信号の電力を監視する工程と、それに従って前記スルーレートを自動的に調整する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スルーレートを自動的に調整する工程が、入力信号の電力が所定の値よりも速い速度で変動した場合に、前記スルーレートを自動的に低減する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記入力信号の電力がもはや前記所定の値より速い速度で変動しなくなった時に、前記スルーレートを前の値に自動的に増大する工程をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記光入力信号の電力を監視する工程が、前記光入力信号の高速フーリエ変換を計算し、それによって前記スルーレートを自動的に調整する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
そこを通って伝搬する光入力信号に利得を与えるための希土類でドーピングしたファイバと、前記希土類でドーピングしたファイバにポンプ電力を供給するためのポンプ源と、前記希土類でドーピングしたファイバが発生した出力電力の一部を受信して前記出力電力の一部を制御信号に変換するためのタップと、前記制御信号を受信して前記ポンプ源を駆動するためにそれに応じてバイアス電流を発生するためのコントローラと、を含む光増幅器装置からの光出力電力を制御するための方法であって、
所定の周波数で振幅変調中の光入力信号を受信する工程と、
前記光入力信号が変調されている前記所定の周波数から、制御ループの共振周波数が相殺されるように、前記コントローラの前記スルーレートを調整する工程とを含む方法。
【請求項８】
前記出力電力を監視する工程と、それに従って前記スルーレートを自動的に調整する工程とをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光入力信号の電力を監視する工程と、それに従って前記スルーレートを自動的に調整する工程とをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記スルーレートを自動的に調整する前記工程が、前記入力信号の電力が所定の値よりも速い速度で変動した時に、前記スルーレートを自動的に低減する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記入力信号の電力がもはや前記所定の値より速い速度で変動しなくなった時に、前記スルーレートを前の値に自動的に増大する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光入力信号の電力を監視する工程が、前記光入力信号の高速フーリエ変換を計算し、それによって前記スルーレートを自動的に調整する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記光出力電力をほぼ一定の値に維持する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記光出力電力をほぼ一定の値に維持する工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記装置をほぼ一定の利得に維持する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記装置をほぼ一定の利得に維持する工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
そこを通って伝搬する光入力信号に利得を与えるための希土類でドーピングしたファイバと、
前記希土類でドーピングしたファイバにポンプ電力を供給するためのポンプ源と、
前記希土類でドーピングしたファイバが発生した前記出力電力の一部を受信し、前記出力電力の前記一部を制御信号に変換するためのタップと、
前記制御信号を受信し、前記ポンプ源を駆動するためにそれに応じてバイアス電流を発生するためのコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記コントローラのスルーレートを選択的に調整するための、ユーザが調整することができるスルーレート制限器を含む光増幅器装置。
【請求項１８】
前記希土類でドーピングしたファイバがエルビウムでドーピングされている、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【請求項１９】
前記ユーザが調整することができるスルーレート制限器が、ハードウェアにより制御することができる、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【請求項２０】
前記ユーザが調整することができるスルーレート制限器が、ソフトウェアにより制御することができる、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【請求項２１】
前記出力電力を監視し、それにより前記スルーレートを自動的に調整するための手段をさらに備える、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【請求項２２】
前記光入力信号の電力を監視し、それにより前記スルーレートを自動的に調整するための手段をさらに備える、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【請求項２３】
前記スルーレートを自動的に調整するための前記手段が、前記入力信号の電力が所定の値より速い速度で変動した場合に、前記スルーレートを自動的に低減するための手段を含む、請求項２２に記載の光増幅器装置。
【請求項２４】
前記入力信号の電力がもはや所定の値より速い速度で変動しなくなった場合に、前記スルーレートを前の値に自動的に増大するための手段をさらに備える、請求項２３に記載の光増幅器装置。
【請求項２５】
前記光入力信号の電力を監視するための手段が、前記光入力信号の高速フーリエ変換を計算し、それによって前記スルーレートを自動的に調整するための手段を含む、請求項２２に記載の光増幅器装置。
【請求項２６】
前記コントローラが、前記光出力電力をほぼ一定の値に維持するように構成される、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【請求項２７】
前記コントローラが、前記装置をほぼ一定の利得に維持するように構成される、請求項１７に記載の光増幅器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光増幅器に関し、特にユーザが調整可能なスルーレート制限器を備えるコントローラを有する光増幅器装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ケーブル・テレビ業界で使用している送信システムは、ヘッドエンドと複数の加入者との間で情報（例えば、ビデオ、マルチメディアおよび／またはデータ）の二方向送信を提供している。通常、ヘッドエンドは、１つ以上の光ファイバ・リンクを介して、１つ以上の光ノードに、光学的フォーマットで個々の加入者宛の情報を送信する。各ノードは、通常は、ハイブリッド・ファイバ／同軸（ＨＦＣ）アーキテクチャを有するケーブル設備を介して、光学的にフォーマットされたダウンストリーム情報を、個々の加入者に配布するための電気信号に変換する。ダウンストリーム情報を受信するほかに、個々の各加入者は、ヘッドエンド宛の音声、データまたはこれらの組合せの形で情報を生成することができる。他の加入者またはサービス・プロバイダまでの途中で、加入者が生成した情報は、同軸ケーブル設備でセグメントに分割され、ノードに送られ、そこでヘッドエンドに送信するための光学的フォーマットに変換される。
【０００３】
このような送信システムは、通常、送信中の光信号を増幅するために、光ファイバ・リンクに沿って位置する光増幅器を使用する。従来の光増幅器の一例としては、希土類イオンを活性元素として使用する希土類でドーピングした光増幅器がある。イオンは、利得を得るためにファイバのコア内にドーピングされ、光学的にポンプされる。シリカ・ファイバ・コアはイオンに対してホスト媒体として機能する。スペクトルの異なる部分内で利得を得るために、ネオジム、プラセオジム、イッテルビウム等のような多くの異なる希土類イオンを使用することができるが、エルビウムでドーピングしたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が特に優れていることが分かっている。何故なら、このような増幅器は、ファイバの光学的損失が最も少ないスペクトル領域内で動作することができるからである。また、エルビウムでドーピングしたファイバ増幅器は、利得圧縮の深部で動作している場合でも、クロストークを起こさないで複数の波長チャネルを増幅することができるので特に有用である。ＥＤＦＡは、また、ファイバ・デバイスであり、そのため低損失で他のファイバ・リンクに容易に接続することができるので魅力的な増幅器である。
【０００４】
光増幅器は、多くの場合、増幅器からの出力電力を制御するために、電子フィードバック装置を使用する。例えば、フィードバック装置は、一定の利得または一定の出力電力を得るために使用することができる。出力電力を制御するために、フィードバック装置を使用する従来の光増幅器の１つの限界は、これらの光増幅器は、通常、固定周波数でしか応答できないことである。そのため、入力信号の変調周波数が、フィードバック制御ループの周波数と共振している場合に、１つの問題が発生する。この場合、増幅器からの出力電力は、出力の時にさらに増幅されるが、これは好ましいことではない。この問題を避けるために、メーカーは、通常、入力信号が変調を受けやすい大部分の周波数が共振状態を起こさないように、周波数応答を十分低い固定値に設定する。この方法は多くの場合満足できる結果をもたらすが、光増幅器の応答時間を長くする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故、適当な環境で速い応答時間を得て、低い周波数で変調された入力信号を正しく処理することができる機能を持たせるために、その周波数応答を制御することができるもっと柔軟な光増幅器装置の開発が待望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光増幅器装置からの光出力電力を制御するための方法および装置を提供する。この装置は、伝搬する光入力信号に利得を与えるための希土類でドーピングしたファイバ、希土類でドーピングしたファイバにポンプ電力を供給するためのポンプ源、および希土類でドーピングしたファイバが発生した出力電力の一部を受信し、それを制御信号に変換するためのタップとを含む。制御信号を受信し、ポンプ源を駆動するために、それに応じてバイアス電流を発生するためのコントローラも設置されている。この方法は、所定の周波数で振幅変調されている光入力信号を受信することから始まる。コントローラが確立したスルーレート制限より速い速度で変化することができないポンプ電力を発生するために、バイアス電流がポンプ源を駆動すべくコントローラのスルーレートが調整される。このようにして、入力信号とフィードバック制御ループの周波数との間の共振を避けることができる。
【０００７】
ある態様によれば、本発明は、光増幅器からの光出力電力を監視し、それによりスルーレートを自動的に調整する。
他の態様によれば、本発明は、光入力信号の電力を監視し、それによりスルーレートを自動的に調整する。場合によっては、入力信号の電力が所定の値より速い速度で変動する場合、スルーレートを自動的に減速することができる。さらに、入力信号の電力が所定の値より速い速度でもはや変動しなくなった場合、スルーレートは自動的に増大して前の値に戻ることができる。
【０００８】
さらに他の態様によれば、本発明は、伝搬する光入力信号に利得を与えるために、希土類でドーピングしたファイバを含む光増幅器装置を提供する。ポンプ源は、希土類でドーピングしたファイバにポンプ電力を供給する。この装置は、また、希土類でドーピングしたファイバが発生した出力電力の一部を受信し、それを制御信号に変換するためのタップを含む。コントローラは、制御信号を受信し、ポンプ源を駆動するためにそれに応じてバイアス電流を発生する。コントローラは、コントローラのスルーレートを選択的に調整するために、ユーザが調整することができるスルーレート制限器を含む。
【０００９】
さらに他の態様によれば、本発明は、ユーザが調整することができるスルーレート制限器はハードウェアにより制御することができる。別の方法としては、ユーザが調整することができるスルーレート制限器はソフトウェアにより制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明により構成したフィードバック制御装置を備える光増幅器である。図１の装置は、エルビウムでドーピングしたファイバ１と、ポンプ・レーザ２と、ポンプ・レーザ出力を増幅する入力光信号に結合するカプラ３と、ドーピングしたファイバ１への入力信号の小さな部分を分割して取り出す働きをする入力信号タップ１２と、出力信号の小さな部分を分割して取り出す働きをする出力信号タップ５と、増幅した光信号を受信するための出力ポート６と、検出器８および１４と、電子増幅器９および１６と、コントローラ１０とを備える。コントローラ１０は、検出器８および１４と電子増幅器９および１６を必要としない任意の必要な光−電気変換素子を含むことができることに留意されたい。
【００１１】
動作中、増幅する光信号は、ポート４を通して入力され、従来の方法でエルビウムでドーピングしたファイバ１内で信号が増幅されるように、レーザ２からの光ポンプ信号出力と結合される。溶融ファイバ・カプラであってもよいタップ１２は、例えば、ファイバ１への信号入力の小さな部分を分割して取り出す。そうしたい場合には、入力制御信号として使用される入力信号のこの小さな部分は、検出器１４により検出され、電子増幅器１６により増幅され、コントローラ１０に送られる。また、溶融ファイバ・カプラであっても
よいタップ５は、例えば、ファイバ１からの増幅した信号出力の小さな部分を分割して取り出す。出力制御信号としての働きをする増幅した信号のこの小さな部分は、検出器８により検出され、増幅器９により増幅され、フィードバック回路１０に送られる。コントローラ１０は、出力制御信号とおそらく入力制御信号に基づいて増幅器の利得を決定する。フィードバック回路１０からの出力は、ポンプ・レーザ２に送られ、例えば、一定の利得または一定の出力電力を維持するために、ポンプ・レーザ２の出力電力を変化させる働きをする。
【００１２】
コントローラ１０は、ポンプ・レーザ２に送られるバイアス電流を測定するために種々の異なる方法を使用することができる。例えば、コントローラ１０の性質は、比例、比例積分、または比例−積分−微分であってもよい。例えば、コントローラ１０が、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラである場合には、バイアス電流は、比例、積分および微分制御項の合計になる。コントローラ１０は、当業者であれば周知の任意の方法で構成することができる。例えば、コントローラ１０は、デジタルまたはアナログ電子回路により実施することもできるし、ハードウェアで実施することもできるし、ハードウェアおよびソフトウェアの組合せで実施することもできる。
【００１３】
入力信号の電力が制御ループの共振周波数またはそれに近い周波数で変調されると、図１のＥＤＦＡ装置で１つの問題が発生する場合がある。このような状況下で、コントローラは、出力信号に望ましくない大きな変動を発生させ、入力周波数のところで増幅器の性能特性が劣化させる場合がある。このことは、入力信号と出力信号との間に９０度の位相シフトがあることを示す。これは共振周波数の定義である。図２は、一定の出力電力を維持するためのコントローラの上記挙動を示す。この図は、変調周波数の関数としての入力信号（曲線２４）および出力信号（曲線２２）の振幅（ｄＢ単位）のグラフを示す。この図に示すように、入力信号が共振周波数より低い周波数で変調されると、出力電力は一定に維持される。制御ループの共振周波数のところで、出力電力は急激に増大し、一方、共振周波数より上では信号は減衰する。
【００１４】
本発明者は、制御ループの共振周波数のところまたはその近くで発生する望ましくない出力電力の変動は、コントローラの制御信号のスルーレートを制限することにより除去することができることを発見した。制御信号のスルーレートを制限すると、制御信号が、スルーレート制限より急速に変化するのを防止することができる。制御信号のスルーレートを制限することにより、コントローラの共振状態をなくせば、異なる入力信号を制御するための光増幅器の機能を大幅に改善することができる。
【００１５】
再度、図２を参照すると、スルーレート制限は、制御ループの共振周波数の近くに設定されているので、コントローラのスルーレート制限は、出力電力内の望ましくない変動を発生するように、十分速い速度で出力電力を変化させることができる。図３は、この場合は、制御ループの共振周波数がコントローラの周波数帯域内でもっと低い方の値にシフトするように、スルーレート制限が図２のスルーレート制限より緩和されている点を除けば、図２に類似のグラフを示す。このようにして増幅器の応答時間を短縮した結果、入力信号は、もはや制御ループの共振周波数のところに位置していない。
【００１６】
ユーザが、光増幅器装置のスルーレートを調整することができるようにすることにより、ユーザはその変調周波数応答をその用途に依存するニーズに合わせることができる。すなわち、光増幅器を固定周波数応答に限定する代わりに、ユーザは光増幅器を、調整可能な変調周波数応答を持つものにすることができる。
【００１７】
本発明によるユーザが調整することができるスルーレート制限器は、通常の当業者であれば周知のいくつかの異なる方法で実施することができる。所望の増幅器の周波数応答上
で一部異なる実施を選択することができる。例えば、ハードウェア制御のスルーレート制限器を使用した場合には、変調周波数の非常に広い範囲上で調整することができる出力を応答させることができるが、低い周波数での変調を処理することはできない。これは基本的な制限である。何故なら、このような周波数の場合に必要な積分コンデンサ（およびその関連する漏洩電流）が、１Ｈｚに近い低い周波数応答に対して低い境界を形成するからである。一方、ソフトウェア制御のスルーレート制限器を使用すれば、周波数応答をハードウェアで実施した場合よりも、遥かに低い周波数にシフトすることができる。別の方法としては、調整可能なスルーレート制限器をデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内で実施した場合には、周波数応答はハードウェアによる実施とソフトウェアによる実施の中間になる。すなわち、ＤＳＰを使用すれば、コントローラの周波数応答は、非常に低い周波数で使用できる状態を維持しながら、広い範囲をカバーすることができる。
【００１８】
本発明のある実施形態の場合には、調整可能なスルーレート制限器を、ソフトウェアの能動的制御下に置くことができる。この場合、任意の所与の用途に対して最適の応答を供給するために、スルーレート制限をソフトウェアによりリアルタイムで調整することができる。出力電力の変動を監視し、出力電力がほぼ一定の値に戻るまでスルーレート制限を増大することにより、能動的制御を行うことができる。別の方法としては（またはさらに）、光入力信号を監視することにより能動的制御を行うことができ、入力信号がある所定の値より速い速度で変動する場合には、入力信号がこの値より上で変動している時間の間、スルーレート制限を低減することができる。入力信号がもはやそれほど急速に変動しなくなった場合には、スルーレート制限を前の設定に戻すことができる。
【００１９】
本発明の好適な実施形態の場合には、入力信号が上記のように監視されている場合、スルーレート制限が、最善の全応答となるような正確な値に設定することができるが、依然として制御ループの共振周波数より低くなるように、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を計算するのが有利である場合もある。ＦＦＴは、例えば、ＤＳＰ内で実行することができる。大部分の用途の場合、光増幅器がその応答で即時変化を供給する必要がない場合が多いので、制御ループの応答時間よりかなり長い時間にわたってＦＦＴを処理することができる。このアプローチの１つの特徴的な利点は、コントローラの定数を変更しなくても、所望の周波数応答が分かっていれば、全周波数制御をかなり容易に実施することができることである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明により構成したフィードバック制御装置を備える光増幅器。
【図２】図１の光増幅器の周波数応答。
【図３】制御信号がスルーレート制限より速い速度で変化するのを防止するために、コントローラのスルーレートを調整した後の図１の光増幅器の周波数応答。
【図１】
2005516422.tif 000003
【図２】
2005516422.tif 000004
【図３】
2005516422.tif 000005
【国際調査報告】
2005516422.tif 000006