(57)【要約】［課題] 光増幅器では、励起レーザダイオードの励起光レベルが低下し、もしくは励起光の出力がなくなると、予備用励起レーザダイオードを動作させるため、消費電流量が増加する。［解決手段］ 本発明の光増幅器は、光ファイバ増幅器に入力する励起光を発振する複数の励起レーザダイオードと、励起レーザダイオードの複数に流れる電流を制御する第１電流制御素子と、励起レーザダイオードの少なくとも１つに流れる電流を制御する第２電流制御素子と、第１電流制御素子および第２電流制御素子を制御する制御手段を備えている。
2014141684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ増幅器に入力する励起光を発振する複数の励起レーザダイオードと、
前記励起レーザダイオードの複数に流れる電流を制御する第１電流制御素子と、
前記励起レーザダイオードの少なくとも１つに流れる電流を制御する第２電流制御素子と、
前記第１電流制御素子および前記第２電流制御素子を制御する制御手段を備えていることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記励起レーザダイオードにはその出力光を検出するフォトダイオードがそれぞれ配置され、
前記制御回路は、前記フォトダイオードからの出力信号に基づいて、前記第１電流制御素子および前記第２電流制御素子の少なくとも一方を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記第２電流制御素子が接続している励起レーザダイオードは、予備用として機能することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記第２電流制御素子は、前記励起レーザダイオードの少なくとも一つに対して並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記第１電流制御素子は、前記制御回路の制御に基づき、直列に接続された前記励起レーザダイオードの複数に流れる電流値を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記複数の励起レーザダイオードのうち、２個の励起レーザダイオードが発振する波長が略等しい
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項７】
励起光を発振する複数の励起レーザダイオードからの出力を、合波して光ファイバ増幅器に入力し、
前記複数の励起レーザダイオードに駆動電流を直列に流し、
前記複数の励起レーザダイオードのうち一の励起レーザダイオードの出力を検出し、
前記出力に基づいて、前記駆動電流のうち他の励起レーザダイオードを迂回する電流量を制御する
光増幅器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに使用される光増幅器およびその制御方法に関し、特に光増幅器に内蔵される励起光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、国内および国際間の通信容量が飛躍的に増大しており、長距離伝送は主に光通信システムにより行われている。この光通信システムにおいては、光伝送路に所定の距離ごとに配置される中継器に内蔵された光増幅器が、伝送路で減衰した信号光を増幅している。【０００３】
図面を用いて、一般的な光通信システムの中継器の光増幅器を詳細に説明する。【０００４】
図３は、光通信システムの中継器の光増幅器の一例を示すブロック図である。通信システムが送信側からも受信側からも情報を送ることができる双方向の通信の場合、光増幅器は、伝送方向Ａと伝送方向Ｂのように２つの伝送路の光信号を増幅する。光通信システムの中継器は、最大８台程度の光増幅器を、気密性の高い筐体内に実装している。【０００５】
図３の光増幅器１０は、伝送方向Ａと伝送方向Ｂのそれぞれにエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ）９を備え、励起光を発振する励起光源モジュール４および５を備えている。そして、光増幅器１０は、励起光源モジュール４および５を制御する制御回路７と、２つの励起光を合成し定められた比率で２つに分波する光カプラ６と、励起光と信号光を合波してＥＤＦ９に送るＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ８とを備えている。【０００６】
励起光源モジュール４は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた９７４ｎｍ帯励起レーザダイオード１とモニタ用フォトダイオード３を備え、励起光源モジュール５は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた９７６ｎｍ帯励起レーザダイオード２とモニタ用フォトダイオード３を備えている。【０００７】
光増幅器１０は、光カプラ６で２台の励起光源モジュールの励起光を合分波し、伝送方向Ａと伝送方向ＢのそれぞれのＥＤＦ９の励起光レベルを同じにしている。この構成によって、１台の励起光源モジュールの励起光レベルが低下しても、残り１台の励起光源モジュールの励起光によって、ＥＤＦ９で光信号が増幅される。その結果、システムでの回線断にならない冗長構成が実現されている。更に、光増幅器１０は、制御回路７により、励起光源モジュールに内蔵されたモニタ用フォトダイオード３の出力が一定になるように制御を行う。その結果、環境温度や励起レーザダイオード素子の経時変化があっても励起光レベルの変動は抑制される。【０００８】
通信システムの中継器の光増幅器において、さらに信頼性を高めた光増幅器の技術が特許文献１（特開２００６−１２８３８２号公報）および特許文献２（特開平０４−００３０２９号公報）に開示されている。特許文献１では、励起光源の短寿命を防ぎ、励起光のレベルが一定になるように励起光源を制御し、信頼性の高い光増幅器が記載されている。特許文献２では、複数の励起光源による冗長構成であり、その複数の励起光源を直列に接続することによって駆動電流を少なくしている光増幅器が記載されている。【０００９】
その他、光増幅器に関する公報は、特許文献３（特開平０８−３０４８６０号公報）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２８３８２号公報
【特許文献２】特開平０４−００３０２９号公報
【特許文献３】特開平０８−３０４８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のような励起レーザダイオードを使った光増幅器においては、もしも励起レーザダイオードの励起光が低下または出力しなくなると、並列に配置された予備の励起レーザダイオードを動作させて励起光レベルを補償するように制御している。また、直列に配置された励起レーザダイオードの場合も、駆動電流を増加させて励起光レベルを補償するように制御している。このため、消費される電力量が増加する。【００１２】
本発明の目的は、この課題を解決し、現用励起レーザダイオードが劣化した場合に供給電流量を増加させることなく、励起光のレベルを維持することが可能な光増幅器およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光増幅器は、光ファイバ増幅器に入力する励起光を発振する複数の励起レーザダイオードと、励起レーザダイオードの複数に流れる電流を制御する第１電流制御素子と、励起レーザダイオードの少なくとも１つに流れる電流を制御する第２電流制御素子と、第１電流制御素子および第２電流制御素子を制御する制御手段を備えている。【００１４】
本発明の光増幅器の制御方法は、励起光を発振する複数の励起レーザダイオードからの出力を合波して光ファイバ増幅器に入力し、複数の励起レーザダイオードに駆動電流を直列に流し、複数の励起レーザダイオードのうち一の励起レーザダイオードの出力を検出し、その出力に基づいて駆動電流のうち他の励起レーザダイオードを迂回する電流量を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光増幅器およびその制御方法は、励起レーザダイオードが劣化または故障した場合に、予備の励起レーザダイオードを動作させても、消費電力（消費電流）の増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態における光通信システムの中継器の光増幅器の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における光通信システムの中継器の光増幅器の一例を示すブロック図である。
【図３】関連する技術における光通信システムの中継器の光増幅器の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における光通信システムの中継器の光増幅器の一例を示すブロック図である。通信システムが送信側からも受信側からも情報を送ることができる双方向の通信の場合、光増幅器は、伝送方向Ａと伝送方向Ｂの２つの伝送方向の光信号を増幅する。
【００１８】
図１に示すように、第１の実施形態における光通信システムの中継器の光増幅器は、伝送方向Ａと伝送方向Ｂのそれぞれにエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ）９を備える。また、励起光源モジュール４、５および予備用の励起光源モジュール１２と、第１電流制御素子１３および第２電流制御素子１４と、制御回路７と、偏波合成カプラ１５と、光カプラ６と、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ８とを備える。
【００１９】
励起光源モジュール４は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた９７４ｎｍ帯励起レーザダイオード１とモニタ用フォトダイオード３を備え、励起光源モジュール５は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた９７６ｎｍ帯励起レーザダイオード２とモニタ用フォトダイオード３を備える。
【００２０】
予備用励起光源モジュール１２は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた予備用９７４ｎｍ帯励起レーザダイオード１１とモニタ用フォトダイオード３を備える。
【００２１】
励起光源モジュール４、励起光源モジュール５および予備用励起光源モジュール１２は直列に接続されている。
【００２２】
第１電流制御素子１３は、励起レーザダイオード１、励起レーザダイオード２および予備用励起レーザダイオード１１と直列に接続し、第２電流制御素子１４は、予備用励起レーザダイオード１１と並列に接続している。
【００２３】
第１電流制御素子１３と第２電流制御素子１４は、制御回路７によって制御され、それぞれ励起レーザダイオード１、２、および予備用励起レーザダイオード１１に流れる電流を調整する。
【００２４】
偏波合成カプラ１５は、励起レーザダイオード１と励起レーザダイオード２の２つの励起光の偏波を制御して１つに合波する。更に、光カプラ６はその合波した励起光と予備用励起レーザダイオード１１の励起光を合成し、所定の比率で２つに分波する。
【００２５】
ＷＤＭカプラ８は、励起光と信号光を合波してＥＤＦ９に送る。
【００２６】
モニタ用フォトダイオード３は、励起レーザダイオード１、２および予備用励起レーザダイオード１１の励起光を検出し、検出した励起光に対応する信号を制御回路７に出力する。
【００２７】
制御回路７は、モニタ用フォトダイオード３から出力される検出信号を受信し、第１電流制御素子１３および第２電流制御素子１４に流れる電流を調整する。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態の光増幅器の動作について説明をする。
【００２９】
光増幅器が動作を開始する場合、制御回路７は、直列に接続している励起レーザダイオード１および励起レーザダイオード２に初期の電流値が流れるよう、第１電流制御素子１３を制御する。また、制御回路７は、上記励起レーザダイオード１、２に接続している予備用励起レーザダイオード１１に電流を流さないよう、第２電流制御素子１４を制御する。
【００３０】
この例では、励起レーザダイオード１および励起レーザダイオード２に流す初期の電流値は、第１電流制御素子１３に流すことができる最大の電流値と比較すると、およそ最大の電流値の９０％から９５％である。また、予備用励起レーザダイオード１１には電流が流れていないので、ダイオード１１と並列に接続されている第２電流制御素子１４には、初期の電流値の全部が流れる。
【００３１】
もしも励起レーザダイオード１あるいは励起レーザダイオード２の励起光のレベルが低下または故障等で励起光が全く出力されなくなると、モニタ用フォトダイオード３から出力される検出信号が低下する。この出力される検出信号の変化に応じて、制御回路７は、第２電流制御素子１４と並列に接続している予備用励起レーザダイオード１１に第１電流制御素子１３に流れている電流値を上限として電流を流すよう、第２電流制御素子１４を制御する。この際、第２電流制御素子１４に流れていた電流を予備用励起レーザダイオード１１に流しているため、直列に接続された励起レーザダイオード１、２および予備用励起レーザダイオード１１に流れる電流は増加していない。予備用励起レーザダイオード１１の励起光は、光カプラ６とＷＤＭカプラ８を介して、伝送方向Ａと伝送方向ＢのそれぞれのＥＤＦ９へ分配される。以上のように、励起光レベルは一定に保たれる。
【００３２】
さらに、励起レーザダイオード１と励起レーザダイオード２が共に故障等で励起光を全く出力しなくなった場合、制御回路７は、第１電流制御素子１３に最大の電流値を流すように制御し、かつ、第２電流制御素子１４に電流を流さないように制御する。その結果、予備用励起レーザダイオード１１に、第１電流制御素子１３から電流が供給される。予備用励起レーザダイオード１１は、第１電流制御素子１３、励起レーザダイオード１および２と直列に接続しているので、これらに流れる電流は増加しない。以上のように、予備の励起レーザダイオードを動作させても、消費電流は一定に保たれる。
【００３３】
なお、予備用励起レーザダイオード１１の励起光は、故障等で全く出力しなくなった励起光を補うものであるが、伝送方向Ａと伝送方向ＢのそれぞれのＥＤＦ９へ分配される励起光レベルは、故障等が発生する前のレベルの最大５０％まで低下する。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態における光通信システムの中継器の光増幅器の一例を示すブロック図である。
【００３４】
図２に示すように、第２の実施形態における中継器の光増幅器は、第１の実施形態の構成に対して、予備用励起光源モジュール１７、第２電流制御素子１４および偏波合成カプラ１５がさらに追加されている。
【００３５】
予備用励起光源モジュール１７は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた予備用９７６ｎｍ帯励起レーザダイオード１６とモニタ用フォトダイオード３を備えている。
【００３６】
予備用励起レーザダイオード１６は、第１電流制御素子１３、励起レーザダイオード１、励起レーザダイオード２および予備用励起レーザダイオード１１と直列に接続している。第２電流制御素子１４は、予備用励起レーザダイオード１６と並列に接続する。
【００３７】
偏波合成カプラ１５は、予備用励起レーザダイオード１１と予備用励起レーザダイオード１６の２つの励起光の偏波を１つに合波する。更に、光カプラ６はその合波した励起光と励起レーザダイオード１と２から合波した励起光を合成し、定められた比率で２つに分波する。
【００３８】
その他、第１の実施形態と同一の構成要素には同一参照数字を付記してその説明を省略する。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態の光増幅器の動作の説明をする。
【００４０】
光増幅器が動作を開始する場合、制御回路７は、直列に接続している励起レーザダイオード１および励起レーザダイオード２に所定の電流値を流すよう、第１電流制御素子１３を制御する。また、制御回路７は、予備用励起レーザダイオード１１および予備用励起レーザダイオード１６に電流を流さないよう、第２電流制御素子１４を制御する。
【００４１】
励起レーザダイオード１および励起レーザダイオード２に流す初期の電流値は、第１電流制御素子１３に流すことができる最大の電流値と比較すると、およそ最大の電流値の９０％から９５％である。また、予備用励起レーザダイオード１１および予備用励起レーザダイオード１６には電流が流れていないので、これらダイオード１１および１６に並列に接続されている第２電流制御素子１４には、初期の電流値の全部が流れる。
【００４２】
もしも励起レーザダイオード１あるいは励起レーザダイオード２の励起光のレベルが低下または出力されなくなると、モニタ用フォトダイオード３から出力される検出信号が低下する。この出力される検出信号の変化に応じて、制御回路７は、予備用励起レーザダイオード１１あるいは予備用励起レーザダイオード１６に、第１電流制御素子１３に流れている電流値を上限として電流を流すよう、第２電流制御素子１４を制御する。この際、第２電流制御素子１４に流れていた電流を予備用励起レーザダイオード１１あるいは１６に流しているため、直列に接続された励起レーザダイオード１、２、予備用励起レーザダイオード１１および１６に流れる電流は増加していない。さらに動作の説明を続けると、予備用励起レーザダイオード１１および１６の励起光は、偏波合成カプラ１５、光カプラ６およびＷＤＭカプラ８を介して、伝送方向Ａと伝送方向ＢのそれぞれのＥＤＦ９へ分配される。以上のように、励起光レベルは一定に保たれる。
【００４３】
別の効果として、波長が同じ励起レーザダイオードで低減した励起光レベルを補うので、ＥＤＦの出力光のプロファイル形状も維持できる。これにより、波長依存性が存在するＥＤＦの利得も維持できる効果がある。そして、実使用上、光通信システムの中継器は多段に接続して運用されるが、ＥＤＦの出力光の累積のプロファイル形状も維持でき、ＥＤＦの利得も維持できる。
【００４４】
さらに、励起レーザダイオード１と励起レーザダイオード２が共に故障等で励起光を全く出力しなくなった場合、制御回路７は、第１電流制御素子１３に最大の電流値を流すように制御して、かつ、第２電流制御素子１４に電流を流さないように制御する。その結果、予備用励起レーザダイオード１１および予備用励起レーザダイオード１６に、第１電流制御素子１３から電流が供給される。予備用励起レーザダイオード１１および１６は、第１電流制御素子１３、励起レーザダイオード１および２と直列に接続しているので、これらに流れる電流は増加しない。
【００４５】
以上のように、予備用励起レーザダイオード１１および１６の励起光は励起レーザダイオード１および２の励起光のレベル低減を補い、これにより、伝送方向Ａと伝送方向ＢのそれぞれのＥＤＦ９へ分配される励起光レベルは一定に保たれる。
【００４６】
この場合の別の効果として、ＥＤＦの出力光のプロファイル形状も維持できる。
【００４７】
以上説明したように、本発明の光増幅器は、励起レーザダイオードの励起光のレベルが低下または励起光が出力しなくなる場合、この励起レーザダイオードと直列に接続された予備用励起レーザダイオードを動作させることができるので、励起光のレベルを維持し、かつ消費される電流量の増加を抑えることができる。
【００４８】
尚、本願発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【００４９】
この出願は、２０１３年３月１５日に出願された日本出願特願２０１３−０５３４３９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５０】
１    ９７４ｎｍ帯励起レーザダイオード
２    ９７６ｎｍ帯励起レーザダイオード
３    モニタ用フォトダイオード
４、５    励起光源モジュール
６    光カプラ
７    制御回路
８    ＷＤＭカプラ
９    ＥＤＦ
１０    光増幅器
１１    予備用９７４ｎｍ帯励起レーザダイオード
１２    予備用励起光源モジュール
１３    第１電流制御素子
１４    第２電流制御素子
１５    偏波合成カプラ
１６    予備用９７６ｎｍ帯励起レーザダイオード
１７    予備用励起光源モジュール
【図１】
2014141684.tif 000003
【図２】
2014141684.tif 000004
【図３】
2014141684.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月6日(2016.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された、光ファイバ増幅器に入力する励起光を発振する、複数の励起レーザダイオードと、
前記複数の励起レーザダイオードに流れる電流を制御する第１電流制御素子と、
前記励起レーザダイオードのうち予備用として機能する少なくとも１つに流れる電流を制御する第２電流制御素子と、
前記第１電流制御素子および前記第２電流制御素子を制御する制御手段を備えていることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記励起レーザダイオードにはその出力光を検出するフォトダイオードがそれぞれ配置され、
前記制御手段は、前記フォトダイオードからの出力信号に基づいて、前記第１電流制御素子および前記第２電流制御素子の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記第２電流制御素子は、予備用として機能する前記励起レーザダイオードの少なくとも一つに対して並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記複数の励起レーザダイオードのうち、２個の励起レーザダイオードが発振する波長が略等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項５】
励起光を発振する複数の励起レーザダイオードからの出力を、合波して光ファイバ増幅器に入力し、
予備用として機能する励起レーザダイオードを含む前記複数の励起レーザダイオードに駆動電流を直列に流し、
前記複数の励起レーザダイオードのうち一の励起レーザダイオードの出力を検出し、
前記出力に基づいて、前記駆動電流のうち他の励起レーザダイオードを迂回する電流量を制御する光増幅器の制御方法。
【国際調査報告】
2014141684.tif 000006
2014141684.tif 000007
2014141684.tif 000008
2014141684.tif 000009