(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の強度を増幅して出力する光増幅器と、
第１の可変光減衰器を備え、前記光増幅器から入力された光の強度を、光サージの出力を防ぐ第1の所定レベルに調整して出力する第1の自動レベル制御手段と、
第２の可変光減衰器を備え、前記第1の自動レベル制御手段から入力された光の強度を前記第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに調整して出力する第２の自動レベル制御手段とを有し、
前記第１の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより前記光サージに追随する第1の時定数をもって前記第１の可変光減衰器の減衰率を調整して出力レベルを調整し、
前記第２の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより前記第1の時定数より長い第２の時定数をもって前記第２の可変光減衰器の減衰率を調整して出力レベルを調整する
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記第１の時定数が前記第２の時定数の１／１０００乃至１／１００の範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記第１の時定数が０．１ｍｓ乃至１ｍｓの範囲内である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記第２の時定数が１０ｍｓ乃至１０００ｍｓの範囲内である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記第１の可変光減衰器の応答速度が前記第２の可変光減衰器の応答速度よりも速い
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載の光増幅装置。
【請求項６】
前記第１の自動レベル制御手段が前記第１の自動レベル制御手段の出力を電圧に変換する第１のコンデンサを含む電流電圧変換回路を有し、
前記第２の自動レベル制御手段が前記第２の自動レベル制御手段の出力を電圧に変換する第２のコンデンサを含む電流電圧変換回路を有し、
前記第２のコンデンサは前記第１のコンデンサより容量が大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載の光増幅装置。
【請求項７】
光増幅器で入力光の強度を増幅して出力し、
第１の可変光減衰器を備える第1の自動レベル制御手段で、前記光増幅器から入力された光の強度を、光サージの出力を防ぐ第1の所定レベルに調整し、
第２の可変光減衰器を備える第２の自動レベル制御手段で、前記第1の自動レベル制御手段から入力された光の強度を前記第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに調整し、
前記第１の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより前記光サージに追随する第1の時定数をもって前記第１の可変光減衰器の減衰率を調整して出力レベルを調整し、
前記第２の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより前記第1の時定数より長い第２の時定数をもって前記第２の可変光減衰器の減衰率を調整して出力レベルを調整する
ことを特徴とする光増幅方法。
【請求項８】
前記第１の時定数が前記第２の時定数の１／１０００乃至１／１００の範囲内である
ことを特徴とする請求項７に記載の光増幅方法。
【請求項９】
前記第１の時定数が０．１ｍｓ乃至１ｍｓの範囲内である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置および光増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムでは長距離の伝送を行うことなどを目的として適宜信号の増幅を行っている。このような増幅を行う増幅装置では信号のレベルを一定にするために、自動レベル制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＬＣ）が多く用いられている。ＡＬＣでは増幅器の出力をモニタし、出力信号をフィードバックすることにより、出力レベルを所定範囲に保つよう制御を行う。ところで、ＡＬＣによるレベル制御を行っていても、入力に急激な変動があると、レベルを保つことが困難になる場合がある。例えば、入力信号の瞬断が起こると単純なＡＬＣでは、最初に利得を上昇させてレベルを一定に保とうとする。ここで入力信号が復旧すると必要以上の増幅がなされることにより光サージと呼ばれる大きな信号が出力されてしまう。光サージが出力されると、機器が破壊されるなどの弊害があるため、光サージの出力を防ぐ試みが種々行われている。
【０００３】
例えば特許文献１には、光遅延回路を利用して、光増幅装置から大パワーの光が出力されることを防止する技術が開示されている。この技術では、光増幅器の出力をモニタし、この出力をフィードフォワードして、後方に設けられた可変光減衰器の減衰量を制御するＡＬＣを採用している。そして、光増幅器と可変光減衰器との間に光遅延回路を設けている。この構成とすることで光増幅器から出力された光は、光遅延回路を通過する分だけ遅れて可変光減衰器に到達する。このため、出力モニタで光サージを検出してから、光サージが可変光減衰器に到達するまでの間に、可変光減衰器の調整を完了し、光サージの透過を防止することができる。なお可変光減衰器は、一般にＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）と略記されることが多いため、以降の説明ではＶＯＡの表記も用いることとする。
【０００４】
また特許文献２には、信号断等で停止したＡＬＣの立ち上げを、出力が最小となる設定から開始することにより、大パワーの光が出力されることを防止する技術が開示されている。この技術では光増幅器の出力をＶＯＡで減衰して調整するＡＬＣを採用している。信号断等によりＡＬＣが停止した後の、ＡＬＣの立ち上げ時には、入力が未知である。このため、ＶＯＡをＡＬＣ停止前の設定としておくと、入力が通常より大きかった場合に大きなパワーの信号が出力される可能性がある。しかし、上記のように、ＶＯＡの減衰量を予め大きくしておくと、たとえＶＯＡへの入力パワーが大きくなっていたとしても、出力パワーが大きくなることを防止して、安全サイドで立ち上げを行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４５６８２号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０１６６９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、遅延回路を設ける必要があるため装置が大型化しコストも増加するという問題があった。また、特許文献２の技術では、ＶＯＡの減衰量が最大の設定から立ち上げを開始するため、入力が小さかった場合には、ＶＯＡの調整が収束するまでに時間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる、簡易な構成の光増幅装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の光増幅装置は、光増幅器と、第１の自動レベル制御手段と、第１の自動レベル制御手段より時定数が大きい第２の自動レベル制御手段とを有している。第１の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第１のフィードバックループを有し、出力を第１の所定レベルに維持する。第２の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第２のフィードバックループを有し、出力を第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに維持する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果は、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる、簡易な構成の光増幅装置を提供できることである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。
【図３】第２の実施形態の各部の出力の例を模式的に示すグラフである。
【図４】第３の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。光増幅装置は、光増幅手段１と、第１の自動レベル制御手段２と、第１の自動レベル制御手段２より時定数が大きい第２の自動レベル制御手段３とを有している。第１の自動レベル制御手段２は自身の出力をフィードバックする第１のフィードバックループＦＢ１を有し、出力を第１の所定レベルに維持する。第２の自動レベル制御手段３は自身の出力をフィードバックする第２のフィードバックループＦＢ２を有し、出力を第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに維持する。なお、上記の時定数とは、出力の変動を検出してからレベル制御が実行されるまでの時間であるものとする。
【００１３】
上記したように第１の自動レベル制御手段２は、第２の自動レベル制御手段３より小さな時定数を有している。このため、第１の自動レベル制御手段２は、光サージのような急激な入力変動にも追随してその変動を緩和することができる。第２の自動レベル制御手段３は、第１の自動レベル制御手段２から第１の所定レベルの入力を受け、第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルの光信号を出力する。このとき、第２の自動レベル制御手段３は、第１の自動レベル制御手段２より、大きな時定数を有しているため、出力を安定的に第２の所定レベルに維持することができる。
【００１４】
なお上記の光増幅装置と同様の光増幅装置を複数段有する光増幅システムを構成しても良い。
【００１５】
以上説明したように、本実施形態によれば、光サージのような急激な入力変動があっても光増幅装置の出力を所定レベルに安定的に維持することができる。
【００１６】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。光増幅装置は、光増幅器４と、第１の可変光減衰器１１と、分波器１２と、第２の可変光減衰器２１と、分波器２２と、第１の自動レベル制御回路１３と、第２の自動レベル制御回路２３とを有している。分波器１２で分波された信号は、第１のフィードバックループＦＢ１で第１の自動レベル制御回路１３にフィードバックされる。ここで、第１の可変光減衰器１１と、分波器１２と、第１の自動レベル制御回路１３と、ＦＢ１とで構成されるループを第１のＡＬＣ系と呼ぶこととする。また、第２の可変光減衰器２１と、分波器２２と、第２の自動レベル制御回路２３と、ＦＢ２とで構成されるループを第２のＡＬＣ系と呼ぶこととする。
【００１７】
光増幅器４は、入力された光信号の強度を増幅して出力する。具体的には、例えばＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、励起光源と、自動利得制御回路とを用いた増幅器とすることができる。励起光源としては、例えばレーザーダイオードを用いる。そして、光増幅器に入力される信号光をモニタし、自動利得制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）によって励起光のパワーを制御する。なお、このような光増幅器の構成は、光伝送で一般的に用いられるものであるため、詳細な説明は割愛する。なお光増幅器としては、光信号を電気信号に変換し、電気信号を増幅し、電気信号を光信号に変換するタイプのものも用いることができる。
【００１８】
光増幅器４で増幅された光信号は、第１の可変光減衰器１１に入力される。第１の可変光減衰器１１は、入力された光信号を第１の所定レベルに減衰した光信号を出力する。第１の可変光減衰器１１としては、例えば、マッハツェンダ型や、電界吸収型のものを用いることができる。可変光減衰器の減衰率調整は、第１の自動レベル制御回路１３によって実行する。なおマッハツェンダ型や電界吸収型の可変光減衰器は一般的な技術であるため、その調整と動作については説明を省略する。
【００１９】
分波器１２は、第１の可変光減衰器１１の出力する信号光を分波し、分波した光信号を、第１のフィードバックループＦＢ１を介して、第１のレベル制御回路に出力する。分波器としては例えば、ファイバ型のフォトカプラを用いることができる。
【００２０】
第１の自動レベル制御回路１３は、ＡＬＣ方式で、第１の可変光減衰器１１の出力が第１の所定レベルに維持されるように、第１の可変光減衰器１１の減衰率を調整する。
【００２１】
第１の可変光減衰器１１から出力された光信号は、第２の可変光減衰器２１に入力され、第２の可変光減衰器２１は、第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに調整した光信号を出力する。
【００２２】
分波器２２は、第２の可変光減衰器２１の出力する信号光を分波し、分波した光信号を、第２のフィードバックループＦＢ２を介して、第２の自動レベル制御回路２３に出力する。
【００２３】
第２の自動レベル制御回路２３は、ＦＢ２から入力された光信号の強度を参照し、第２の可変光減衰器２１の出力が第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに維持されるように、第２の可変光減衰器２１の減衰率を調整する。
【００２４】
ここで第１の可変光減衰器１１と、第１の自動レベル制御回路１３と、第１のフィードバックループＦＢ１とで構成される制御系を第１のＡＬＣ制御系＿ＡＬＣ１と呼ぶこととする。同様に、第２の可変光減衰器２１と、第２の自動レベル制御回路２３と、第２のフィードバックループＦＢ２とで構成される制御系を第２のＡＬＣ系＿ＡＬＣ２と呼ぶこととする。この場合、第１のＡＬＣ系は、第２のＡＬＣ系より小さな時定数を有する。この時定数とは、各自動レベル制御回路が各可変光減衰器の減衰率調整を完了するまでの時間とする。
【００２５】
光増幅器４としてＥＤＦＡを用いた場合、誘導放出に起因する光サージは概ね１ｍｓオーダーの現象である。そこでＡＬＣ１が光サージに追随するためには、例えば時定数を０．１ｍｓ乃至１ｍｓの範囲に設定すると良い。一方、安定したＡＬＣを実行するためには１００ｍｓ程度の時定数を設定することが望ましいので、ＡＬＣ２の時定数は、例えば１００ｍｓとすることができる。このため、ＡＬＣ１の時定数はＡＬＣ２の時定数の１／１０００乃至１／１００とするのが適当である。
【００２６】
次に動作について説明する。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、光増幅器４、ＡＬＣ１、ＡＬＣ２の出力波形を模式的に示すグラフである。
【００２７】
まず図３（ａ）のように、光増幅器４から、光サージが出力される。ＡＬＣ１では、図３（ｂ）に示すように、この光サージを第１の所定レベル内に抑え込むようにレベル調整を行う。次にＡＬＣ２が、図３（ｃ）に示すように、出力が第１の所定レベルよりレンジの狭い第２の所定レベルに収まるように調整を行って出力する。以上のように動作することにより、光サージを透過させることなく、出力レベルを安定的に維持することができる。
【００２８】
なお上記の光増幅装置と同様の光増幅装置を複数段有する光増幅システムを構成しても良い。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。光増幅装置は、第２の実施形態と同様に、光増幅器４と、第１の可変光減衰器１１と、分波器１２と、第２の可変光減衰器２１と、分波器２２と、第１の自動レベル制御回路１３と、第２の自動レベル制御回路２３とを有している。なお図３では可変光減衰器をＶＯＡと略記している。すなわち第１の可変光減衰器１１をＶＯＡ１＿１１、第２の可変光減衰器２１をＶＯＡ２＿２１と記している。
【００３１】
光増幅器４は、第２の実施形態と同様に入力された光信号を増幅した光信号を出力する。ここでは、光増幅器４がＡＧＣ（自動利得制御）機能を持つものを例示している。
【００３２】
第１の自動レベル制御回路は、フォトダイオードＰＤ１と、容量Ｃ１と、抵抗Ｒ１と、アンプＡ１とを有している。同様に、第２の自動レベル制御回路は、フォトダイオードＰＤ２と、容量Ｃ２と、抵抗Ｒ２と、アンプＡ１とを有している。
【００３３】
次に第１の自動レベル制御回路の構成と動作について説明する。分波器１２と、第１の自動レベル制御回路１３、第１の可変光減衰器１１で第１のＡＬＣ系を構成する。分波器１２で分波された出力は、フォトダイオードＰＤ１で検出され、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１とによって電圧に変換される。電圧に変換された出力は、出力の基準値に対応する基準電位Ｖｒｅｆ１との差をアンプＡ１で増幅され、ＶＯＡ１の制御電圧として出力される。ＶＯＡ１の減衰率は上記の制御電圧によって調整される。この時、ＰＤ１が検出した出力が所定値より大きければ減衰率を大きくして出力を減少させ、小さければ減衰率を小さくして出力増加させ、出力が所定値になるように動作する。
【００３４】
分波器２２、第２の自動レベル制御回路２３、第２の可変光減衰器２１で構成される第２のＡＬＣ系の動作も第１のＡＬＣ系の動作と同様である。しかしながら、第２のＡＬＣ系は、第１のＡＬＣ系よりも大きな時定数を有している。ここで第１のＡＬＣ系の時定数をτ１、第２のＡＬＣ系の時定数をτ２とする。
【００３５】
各ＡＬＣ系の時定数τは、構成要素となる個々の素子の応答速度と回路の動作速度で決まるが、フォトダイオードＰＤに接続するＬＣ回路の時定数に大きく依存する。このため、例えば容量をＣ１≪Ｃ２とすることにより、τ１≪τ２とすることができる。時定数τ１とτ２は、第２の実施形態で説明したように、例えば、例えばτ１＝０．１ｍｓ、τ２＝１００ｍｓとすることができる。加えて、可変光減衰器として応答速度の異なるものを選択することもできる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態よれば、簡易な回路構成で、所望の時定数を持った自動レベル制御回路を構成することができる。
【００３７】
なお上記の光増幅装置と同様の光増幅装置を複数段有する光増幅システムを構成しても良い。
【００３８】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    光増幅手段
２    第１の自動レベル制御手段
３    第２の自動レベル制御手段
４    光増幅器
１１    第１の可変光減衰器
１２、２２    分波器
１３    第１の自動レベル制御回路
２１    第２の可変光減衰器
２３    第２の自動レベル制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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