(57)【要約】【課題】光増幅ファイバの後方で光信号レベルを検出するのみで光出力レベルを一定に保つと共に該励起光源を断にすることが可能な光増幅器を提供する。【解決手段】光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え部とを設けて構成する。【選択図】　　　図１
2004055637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源からの励起光によって光増幅ファイバを励起することにより、該光増幅ファイバに入力される信号光を増幅する光増幅器であって、
該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、
該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、
該第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部と
を設けた
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
励起光源からの励起光によって光増幅ファイバを励起することにより、該光増幅ファイバに入力される信号光を増幅する光増幅器であって、
該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、
該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、
該第一の制御部及び第二の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部と
を設けた
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光増幅器であって、
上記第二の一定の電圧は、
該励起光源の出力光の強度を所定値以下に制御しうる電圧である
ことを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅ファイバを適用した光増幅器に係り、特に、光増幅ファイバの前方で光信号レベルの断を検出して該光増幅ファイバに添加された元素のエネルギー状態を励起する励起光源の出力を低下させる必要がなく、該光増幅ファイバの後方で光信号レベルを検出するのみで該光増幅ファイバの出力付加理のレベルを一定に保つと共に、入力光が断になった時に該励起光源の出力を低下させることが可能な、構成を簡略化した光増幅器に関する。
【０００２】
光信号を通信のためのキャリアとして使用するフォトニック・ネットワークは、主として
（１）電気的な雑音に対する耐力が大きいこと、
（２）光ファイバを用いる伝送路が低損失であるために、光海底伝送路など特定の伝送路を除いて実質的に中間中継器が不要なこと、
（３）通信のためのキャリアとなる光信号の帯域が広いために高速データの伝送に適していること、
及び、
（４）電気信号を光信号に変換する電気・光変換素子及び光信号を電気信号に変換する光・電気変換素子に恵まれて、電気・光変換と光電気・変換を高速に実現できること
によって、通信需要を満たしつつ急速に普及してきた。
【０００３】
それでも、最近のインターネットの普及に伴う通信需要の急激な増加に対応するために更なる大容量化を実現するための伝送速度の高速化が求められており、又、加入者線領域へのフォトニック・ネットワークの導入の要求が一層強くなっている。
特に、加入者線領域にフォトニック・ネットワークを導入するには、加入者線の長さのばらつきに対応するために広いダイナミック・レンジを確保すると共に、加入者への経済的負担を軽減するためにフォトニック・ネットワーク自体のコストを大幅に低減する必要がある。このためには、特にフォトニック・ネットワークにおける光受信装置のダイナミック・レンジの拡大と光増幅器の低コスト化とが重要である。
【０００４】
【従来の技術】
図１１は、フォトニック・ネットワークにおける光受信装置（その１）で、光送信装置及び光伝送路も併せて図示している。
図１１において、１は、データ送信装置から電気信号であるデータを受信して光信号に変換して光伝送路に送出する光送信装置で、電気・光変換器１１と光出力増幅器１２とによって構成される。
【０００５】
２は、データによって変調された光信号を伝送する光伝送路で、最近は主としてシングル・モード光ファイバが使用されている。
３は、受信した光信号を電気信号に変換し、光信号を変調していたデータを再生してデータ受信装置に供給する光受信装置で、光・電気変換器３２と電気信号再生回路３３とによって構成される。
【０００６】
図１１の構成において、光・電気変換器３２においては、受信光信号をフォト・ダイオードに供給して光信号を電気信号（電流）に変換する。この場合、通常のフォト・ダイオードを適用した場合には光・電気変換効率があまり高くないという制約によって十分なダイナミック・レンジを得ることが困難である。
そこで、光・電気変換器３２に電子増倍作用のあるアバランシェ・フォト・ダイオードを使用すれば、等価的に受信した光信号に対する利得を大きくすることができるので、光受信装置のダイナミック・レンジを大幅に拡大することができる。
【０００７】
しかし、アバランシェ・フォト・ダイオードを使用してダイナミック・レンジを拡大しようとすると、次の２つの問題が生ずる。即ち、
（１）アバランシェ・フォト・ダイオードは応答速度が比較的遅いために、１桁のギガ・ビット級のデータに対しては光信号を忠実に電気信号に変換可能であるが、２桁のギガ・ビット級のデータに対しては変換された電気信号の波形に劣化が生じ、電気信号再生回路３３における符号誤り率劣化の原因となる。
【０００８】
（２）アバランシェ・フォト・ダイオードは電子増倍過程で比較的大きな雑音を発生するために、光・電気変換器３２における信号対雑音比の低下をきたし、電気信号再生回路３３における符号誤り率劣化の原因となる。
又、図１２は、フォトニック・ネットワークにおける光受信装置（その２）で、図１１と同様に、光送信装置及び光伝送路も併せて図示している。
【０００９】
図１２において、１は、データ送信装置から電気信号であるデータを受信して光信号に変換して光伝送路に送出する光送信装置で、電気・光変換器１１と光出力増幅器１２とによって構成される。
２は、データによって変調された光信号を伝送する光伝送路で、最近は主としてシングル・モード光ファイバが使用されている。
【００１０】
３は、受信した光信号を電気信号に変換し、光信号を変調していたデータを再生してデータ受信装置に供給する光受信装置で、光前置増幅器３１、光・電気変換器３２及び電気信号再生回路３３とによって構成される。
図１２の構成においては、光前置増幅器３１を光・電気変換器３２の前段に配置するので、簡単にいうと光前置増幅器３１の利得分だけダイナミック・レンジを拡大することができる。
【００１１】
さて、図８は、図１１及び図１２の構成において光送信装置１の出力レベルを十分に確保するために配置されている光出力増幅器や、図１２の構成において光受信装置３のダイナミック・レンジ拡大のために配置されている光前置増幅器に適用される従来の光増幅器の原理的構成である。
図８において、３１−１は入力光を主信号光と入力モニタ光に分岐するカプラ、３１−２は主信号光を増幅する光増幅ファイバである。
【００１２】
３１−３は光増幅ファイバ３１−２に供給する励起光を生成する励起レーザ・ダイオードである。尚、ここでは光増幅ファイバに励起光を供給する物として励起レーザ・ダイオードを適用する例を記載しているが、光増幅ファイバの励起に適した波長の光を出力できるものであれば励起レーザ・ダイオードに限定する必要はないので、上記励起レーザ・ダイオードは励起光源の一実施態様であるということができる。
【００１３】
３１−４は励起レーザ・ダイオード３１−３に駆動電流を供給する励起レーザ・ダイオード駆動回路（図では、「励起レーザ・ダイオード」をレーザ・ダイオードの英語Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ　の頭文字を使用して「励起ＬＤ」と略記している。以降も、図では同様に記載する。）、３１−５は励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光を光増幅ファイバ３１−２に結合するカプラである。そして、該励起光はカプラ３１−５を介して光増幅ファイバ３１−２に供給されて主信号光の増幅に寄与し、増幅された主信号光はカプラ３１−５を通過して出力側に伝播してゆく。
【００１４】
３１−６はカプラ３１−５からの光信号を出力光と出力モニタ光に分岐するカプラ、３１−７は出力モニタ光に混入している励起光を除去する光フィルタである。
図８では、光フィルタ３１−７を低域通過型光フィルタであるものとして図示しているが、エルピウム・イオンを添加した通常の光増幅ファイバの場合、励起光の波長が１．４８μｍ程度（μは１０−６を示し、ｍは長さの単位メートルである。）、主信号光の波長が１．５５μｍ程度であるので、励起光を除去するためには低域通過型光フィルタが必要であることを考慮したものである。尚、ここでいう「低域通過」は周波数が低い光を通過させるという意味であることに留意されたい。
【００１５】
３１−８は光フィルタ３１−７が出力する光信号（厳密には、該光増幅ファイバ中における光増幅に伴って発生する自然放出光が含まれているが、単に光信号と記載する。）を電気信号に変換する光・電気変換回路、３１−９は基準電圧源、３１−１０ａは光・電気変換回路３１−８の出力と基準電圧源３１−９が出力する一定電圧を比較することによって出力光のレベルを一定に保つ自動レベル制御回路（図では、「自動レベル制御」を、英語Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　の頭文字を使って「ＡＬＣ」と略記している。）である。そして、自動レベル制御回路３１−１０ａが励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に供給する信号が自動レベル制御信号で、該自動レベル制御信号によって励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４の出力電流を制御し、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光のレベルを制御して図８の構成の光増幅器の出力光のレベルを一定に保つようにしている。
【００１６】
３１−１１は該入力モニタ光に混入している該励起光成分を除去する光フィルタである。
ここでも、光フィルタ３１−１１が低域通過型光フィルタであるものとして図示しているが、その理由は光フィルタ３１−７が低域通過型光フィルタである理由と同じである。
【００１７】
３１−１２は光フィルタ３１−１１が出力する光信号を電気信号に変換する光・電気変換回路、３１−１３は光・電気変換回路３１−１２が出力する電気信号のレベルを監視して、光フィルタ３１−１１が出力する光信号のレベルが所定レベル以下の時、即ち入力光のレベルが所定レベル以下の時に励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４を停止して該励起光をシャット・ダウンし、最終的に光増幅ファイバ３１−２の増幅作用を停止させるための出力停止信号を生成する入力レベル・モニタである。（図では、「・」を省略して記載しているが、同一のものである。以降も、図では同様に記載する。）
ここで、入力レベル・モニタ３１−１３が出力する出力停止信号によって入力光のレベルが所定レベル以下になり、入力光が断になったと判定される時に光増幅ファイバ３１−２の増幅作用を停止させるのは、自動レベル制御回路３１−１０ａが行なう出力光のレベルを一定に保とうとする制御のために、入力光のレベルが所定レベル以下になると励起レーザ・ダイオード３１−３の出力パワーが大きくなって励起レーザ・ダイオード３１−３自体の信頼度を損ねる原因を除去するためと、入力光のレベルが一旦低下した後に元のレベルに復帰する場合、励起レーザ・ダイオード３１−３の出力パワーが大きくなっているために生ずる光サージによる後続の光部品や光回路の損傷を防止するためである。
【００１８】
即ち、図８の構成によって、一定レベルの出力光を得ることができ、且つ、入力光が断になっても信頼度が高い光増幅器が得られるので、図１１の構成の光送信装置１及び図１２の構成の光受信装置３の性能と信頼度も保証される。
しかし、入力レベル・モニタ３１−１３によって光増幅作用を停止させるために一式のカプラ３１−１、光フィルタ３１−１１及びフォト・ダイオードを内蔵する光・電気変換回路３１−１２を配置し、自動レベル制御のために一式のカプラ３１−６、光フィルタ３１−７及びフォト・ダイオードを内蔵する光・電気変換回路３１−８を配置するために、光増幅器のコストが上昇するという問題が生ずる。これは、カプラ、光フィルタ及びフォト・ダイオード等の光回路単体のコストが安くないという問題だけではなく、それらの実装のために必要になる部品のコスト及びそれらの実装位置の調整と固定のために必要なコストを含めてのことである。
【００１９】
このコスト高を軽減するために、前方制御光増幅器及び後方制御光増幅器が開発されている。
図９は、従来の前方制御光増幅器の構成である。
図９において、３１−１は入力光を主信号光と入力モニタ光に分岐するカプラ、３１−２は主信号光を増幅する光増幅ファイバ、３１−３は光増幅ファイバ３１−２に供給する励起光を生成する励起レーザ・ダイオード、３１−４は励起レーザ・ダイオード３１−３に駆動電流を供給する励起レーザ・ダイオード駆動回路、３１−５は励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光を光増幅ファイバ３１−２に供給するカプラである。
【００２０】
３１−１１は該入力モニタ光に混入している該励起光成分を除去する光フィルタである。ここでは、光フィルタ３１−１１が低域通過型光フィルタであるものとして図示しているが、この理由は既に記載した通りである。
３１−１２は光フィルタ３１−１１が出力する光信号を電気信号に変換する光・電気変換回路、３１−９は基準電圧源、３１−１０ａは光・電気変換回路３１−１２の出力と基準電圧源３１−９が出力する一定電圧を比較することによって出力光のレベルを一定に保つ自動レベル制御回路である。そして、自動レベル制御回路３１−１０ａが励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に供給する信号が自動レベル制御信号で、該自動レベル制御信号によって励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４の出力電流を制御し、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光のレベルを制御して図９の構成の光増幅器の出力光のレベルを一定に保つようにしている。
【００２１】
又、３１−１３は光・電気変換回路３１−１２が出力する電気信号のレベルを監視して、光フィルタ３１−１１が出力する光信号のレベルが所定レベル以下の時、即ち入力光のレベルが所定レベル以下の時に励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４を停止して該励起光をシャット・ダウンし、最終的に光増幅ファイバ３１−２の増幅作用を停止させるための出力停止信号を生成する入力レベル・モニタである。
【００２２】
入力レベル・モニタ３１−１３が出力する出力停止信号によって入力光のレベルが所定レベル以下の時に光増幅ファイバ３１−２の増幅作用を停止させるのは、上記と同じ理由である。
図９の構成の特徴は、上記入力モニタ光を電気変換した信号と基準電圧源３１−９が出力する一定電圧とを比較して自動レベル制御回路３１−１０ａによって自動レベル制御信号を生成して励起レーザ・ダイオード３１−３の駆動電流を制御し、図９の構成の光増幅器の出力レベルを一定に保ち、且つ、入力光のレベルが所定のレベル以下に低下した時に光増幅作用を停止させることにある。
【００２３】
即ち、図９の構成の光増幅器を図１１及び図１２の構成の光出力増幅器として使用すると、図１１及び図１２の構成において光伝送路に送出する光信号のレベルを十分高くすることができ、図９の構成の光増幅器を図１２の構成の光前置増幅器として使用すると、図１２の構成において光受信装置３のダイナミック・レンジを拡大することができ、光増幅器の出力光のレベルをモニタせずに光増幅器の出力レベルを一定に保ち、且つ、入力光のレベルが低下した時に光増幅作用を停止させようとするもので、光増幅器並びに光送信装置及び光受信装置のコスト・アップを抑圧することができるという利点が生ずる。
【００２４】
図１０は、従来の後方制御光増幅器の原理的構成である。
図１０において、３１−２は入力光を増幅する光増幅ファイバ、３１−３は光増幅ファイバ３１−２に供給する励起光を生成する励起レーザ・ダイオード、３１−４は励起レーザ・ダイオード３１−３に駆動電流を供給する励起レーザ・ダイオード駆動回路、３１−５は励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光を光増幅ファイバ３１−２に結合するカプラである。そして、該励起光はカプラ３１−５を介して光増幅ファイバ３１−２に供給されて主信号光の増幅に寄与し、増幅された主信号光はカプラ３１−５を通過して出力側に伝播する。
【００２５】
３１−６はカプラ３１−５からの光信号を出力光と出力モニタ光に分岐するカプラ、３１−７は出力モニタ光に混入している励起光を除去する光フィルタである。
図１０で光フィルタ３１−７を低域通過型光フィルタであるものとして図示している理由は、既に記載した通りである。
【００２６】
３１−８は光フィルタ３１−７が出力する光信号を電気信号に変換する光・電気変換回路、３１−９は基準電圧源、３１−１０ａは光・電気変換回路３１−８の出力と基準電圧源３１−９が出力する一定電圧を比較することによって出力光のレベルを一定に保つ自動レベル制御回路である。そして、自動レベル制御回路３１−１０がａ励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に供給する信号が自動レベル制御信号で、該自動レベル制御信号によって励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４の出力電流を制御し、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光のレベルを制御して図１０の構成の光増幅器の出力光のレベルを一定に保つようにしている。
【００２７】
図１０の構成の特徴は、上記出力モニタ光を電気変換した信号と基準電圧源３１−９が出力する一定電圧とを比較して自動レベル制御回路３１−１０ａによって自動レベル制御信号を生成して励起レーザ・ダイオード３１−３の駆動電流を制御し、図１０の構成の光増幅器の出力レベルを一定に保つことにある。
即ち、図１０の構成の光増幅器を図１１及び図１２の構成の光出力増幅器として使用すると、図１１及び図１２の構成において光伝送路に送出する光信号のレベルを十分高くすることができ、図１０の構成の光増幅器を図１２の構成の光前置増幅器として使用すると、図１２の構成において光受信装置３のダイナミック・レンジを拡大することができ、光増幅器の入力光のレベルをモニタせずに光増幅器の出力レベルを一定に保つもので、光増幅器並びに光送信装置及び光受信装置のコスト・アップを抑圧することができるという利点が生ずる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、図９の構成において周囲温度の変化と経年変化の影響が最も大きいのは励起レーザ・ダイオード３１−３の駆動電流に対する励起光のレベルである。
しかし、図９の構成では、フィード・フォワード方式による自動レベル制御回路３１−１０ａによって制御される励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４から励起レーザ・ダイオード３１−３に駆動電流が供給されているだけで、励起レーザ・ダイオード３１−３の温度変化及び経年変化に伴う該励起光のレベルの変化を打ち消す構成、即ち、励起レーザ・ダイオードに自動レベル制御のための帰還がかけられていない。
【００２９】
従って、図９の構成のままでは、光送信装置の出力レベルを十分に保ち、光受信装置のダイナミック・レンジを拡大し、、且つ、光増幅器並びに光送信装置及び光受信装置のコスト・アップを抑圧できるが、温度変化と経年変化に対する励起レーザ・ダイオードの出力電流の変化を抑圧できないために、フォトニック・ネットワークの安定性を確保することができない。
【００３０】
これを解決するには、基準電圧源３１−９の出力電圧を励起レーザ・ダイオードの温度特性と経年変化特性を打ち消すように設定する必要がある。これは、原理的には不可能ではないが、困難である上にコスト高の原因になる。
即ち、温度特性は温度特性を有する抵抗を含む抵抗回路を使用することによって打ち消すことが可能であるが、経年変化特性を上記抵抗回路で打ち消すことは不可能に近い。このため、励起レーザ・ダイオードの温度特性を実測したデータと、励起レーザ・ダイオードの経年変化特性を予測したデータを用いて中央処理ユニットによって駆動電流を制御することが必要になる。ここで、中央処理ユニットを使用すること自体コスト高の原因になり、しかも、励起レーザ・ダイオードの経年変化特性を予測した正確なデータを得ることは困難であり、更なるコスト高の原因になる。
【００３１】
又、図１０の構成においては、出力モニタ光を電気変換した信号を用いて自動レベル制御回路３１−１０ａを制御しているので、励起レーザ・ダイオード３１−３の励起光レベルの周囲温度の変化と経年変化の影響を除去することはできる。しかし、単純に出力モニタ光を電気変換した信号を用いて後方制御するのでは、入力光が断になった場合に励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光のレベルが非常に高くなり、励起レーザ・ダイオード３１−３自体の信頼度を低下させると共に、一旦断になった入力光が復帰した時に、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光のレベルが非常に高くなっているために生ずる光サージによる後続の光部品や光回路の損傷を防止することができない。
【００３２】
本発明は、かかる問題点に鑑み、光増幅ファイバの前方で光信号レベルの検出して該光増幅ファイバのエネルギー状態を励起する励起光源の出力光を制御する必要がなく、光増幅ファイバの後方で光信号レベルを検出するのみで光出力レベルを一定に保つと共に入力光が断になった時に該励起光源の出力光を低下させることができる光増幅器を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、励起光源からの励起光によって光増幅ファイバを励起することにより、該光増幅ファイバに入力される信号光を増幅する光増幅器であって、該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え部とを設けたことを特徴とする光増幅器である。
【００３４】
第一の発明によれば、該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え部とを設けているので、入力光が断になった時に該第一の制御部のレベルの変化状態を検出して該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給して該励起光源に一定の駆動電流を供給し、入力光のレベルが正常なことも該第一の制御部のレベルの変化状態を検出して該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給して該励起光源に光増幅器の出力光のレベルを一定に保つのに必要な駆動電流を供給でき、入力断時の該励起光源の出力抑圧動作と出力光レベル一定制御動作との双方を両立させることができる。
【００３５】
第二の発明は、励起光源からの励起光によって光増幅ファイバを励起することにより、該光増幅ファイバに入力される信号光を増幅する光増幅器であって、該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部及び第二の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部とを設けたことを特徴とする光増幅器である。
【００３６】
第二の発明によれば、該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部及び第二の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部とを設けたので、入力光の断を該第一の制御部又は該第二の制御部のレベルの変化状態によって検出して該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給して該励起光源に一定の駆動電流を供給し、入力光のレベルが正常なことを該第一の制御部のレベルの変化状態によって検出して該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給して該励起光源に光増幅器の出力光のレベルを一定に保つのに必要な駆動電流を供給でき、入力断時の該励起光源の出力抑圧動作と出力光レベル一定制御動作との双方を両立させることができる。
【００３７】
第三の発明は、第一の発明又は第二の発明のいずれかの光増幅器であって、上記第二の一定の電圧は、該励起光源の出力光の強度を所定値以下に制御しうる電圧であることを特徴とする光増幅器である。
第三の発明によれば、該第二の一定の電圧は、該励起光源の出力光の強度を所定値以下に制御しうる電圧であるので、入力光が断状態の時に該第二の一定電圧を上記第二の制御部に供給することにより、入力光が断状態から復帰した時に上記光増幅ファイバから光サージが発生することを避けることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以降、図面を併用して本発明の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明の光増幅器の原理的構成である。
図１において、３１−２は入力光を増幅する光増幅ファイバである。
３１−３は光増幅ファイバ３１−２に供給する励起光を生成する励起レーザ・ダイオードである。尚、ここでは光増幅ファイバに励起光を供給する物として励起レーザ・ダイオードを適用するものとして記載しているが、光増幅ファイバの励起に適した波長の光を出力できるものであれば励起レーザ・ダイオードに限定する必要はないので、上記励起レーザ・ダイオードは励起光源の一実施態様であるということができる。ただ、励起光源として励起レーザ・ダイオードを使用する例が多いので、以降も具体的な構成を説明する時には励起レーザ・ダイオードと記載する。
【００３９】
３１−４は励起レーザ・ダイオード３１−３に駆動電流を供給する励起レーザ・ダイオード駆動回路、３１−５は励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する該励起光を光増幅ファイバ３１−２に供給するカプラである。
３１−６は光増幅ファイバで増幅された光を出力光と出力モニタ光に分岐するカプラ、３１−７は出力モニタ光に混入している励起光を除去する光フィルタである。図１では、光フィルタ３１−７を低域通過型光フィルタであるものとして図示しているが、この理由は既に記載した通りである。
【００４０】
３１−８は光フィルタ３１−７が出力する光信号を電気信号に変換する光・電気変換回路、３１−９は第一の一定電圧を生成する基準電圧源、３１−１０は光・電気変換回路３１−８の出力と基準電圧源３１−９が出力する第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の圧縮増幅器である。
そして、主として、フィルタ３１−７、光・電気変換回路３１−８、基準電圧源３１−９及び第一の圧縮増幅器３１−１０によって、光増幅ファイバ３１−２からの出力光の強度を検出した電圧と該第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部を構成する。
【００４１】
３１−１４は励起レーザ・ダイオード３１−３の出力光の一部を受けて電気信号に変換するフォト・ダイオードを含む光・電気変換回路である。ここでは、励起レーザ・ダイオード３１−３の出力光の一部を受けて電気信号に変換する該フォト・ダイオードは、励起レーザ・ダイオード３１−３のパッケージ内にマウントされて励起レーザ・ダイオード３１−３のバック光を受けるフォト・ダイオードであることを想定しているが、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光をカプラで分岐した光を受ける独立なフォト・ダイオードであってもよい。但し、励起レーザ・ダイオード３１−３のパッケージ内にマウントされて励起レーザ・ダイオード３１−３のバック光を受けるフォト・ダイオードを使用する方が、実装が簡易になってコスト上昇を抑えることができるので有利である。
【００４２】
３１−１５は光・電気変換回路３１−１４が出力する電気信号を一方の入力端子に受けて、励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に励起レーザ・ダイオード３１−３を駆動する信号を生成する第二の圧縮増幅器である。
そして、光・電気変換回路３１−１４及び第二の圧縮増幅器３１−１５とによって、上記第一の制御部の出力と後述する電圧源が出力する第二の一定電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部を構成する。
【００４３】
３１−１６は、第一の圧縮増幅器３１−１０におけるレベルの変化情報、又は、第二の圧縮増幅器における励起レーザ・ダイオードの出力レベルの変化情報を示す電圧を受けて、該変化情報が所定の変化をしたことを検出して入力光が所定のレベル以下に低下した断状態を検出する光入力断検出回路である。尚、該変化情報を示す電圧については、更に具体的な構成を説明する際に具体的に明らかにする。
【００４４】
３１−１７は光・電気変換回路３１−８が出力する信号が所定値に復帰をしたことを検出して入力光のレベルが正常状態に復帰したことを検出する光入力復帰検出回路、３１−１８は光入力断検出回路３１−１６及び光入力復帰検出回路３１−１７が出力する２値の信号によって入力光の断状態と入力光の復帰状態とにおいて出力が異なる論理レベルに保持するラッチ回路（図では単に「ラッチ」と記載しているが、同一のものである。）である。
【００４５】
３１−２０は第二の一定電圧を生成する電圧源である。ここで、該第二の一定電圧は、励起レーザ・ダイオードの出力光の強度を所定値以下に制御しうる電圧で、入力光が断状態の時に光増幅ファイバ３１−２の利得を入力光のレベルが正常な時の利得より小さい利得に制御し、且つ、入力光が復帰した時に復帰したことを光入力復帰検出回路３１−１７が容易に検出できる程度の利得に制御できる励起光を光増幅ファイバ３１−２に供給しうる電圧である。
【００４６】
このように、入力光が断状態の時に光増幅ファイバ３１−２の利得を入力光のレベルが正常な時の利得より小さい利得に制御するのは、入力光が断状態から正常な状態に復帰した時に光増幅ファイバ３１−２から光サージを発生させないためである。
又、入力光が復帰した時に復帰したことを光入力復帰検出回路３１−１７が容易に検出できる程度の利得に制御できる励起光を光増幅ファイバ３１−２に供給しうる電圧に設定するのは、入力光が断状態の時に該励起光を完全に停止すると光増幅ファイバ３１−２が比較的大きい損失を呈し、入力光が復帰した時に直ちに入力光が復帰したことを光入力復帰検出回路３１−１７が検出することが困難になることを回避するためである。
【００４７】
更に具体的には、図１の構成を図１２の構成における光前置増幅器３１に適用する場合には、復帰時の入力光のレベルがあまり高くない（光伝送路での損失を受けてレベルが低下しているためである。）ので復帰を検出できる程度の利得を光増幅ファイバ３１−２に与えるに足る電圧である。一方、図１の構成を図１１及び図１２の構成における光出力増幅器１２に適用する場合には、復帰時の入力光のレベルが大きい（電気・光変換器１１の出力は、正常時には十分高いレベルである。）ために、入力光が断状態の時に光増幅ファイバ３１−２が損失を呈していてもよいので、励起レーザ・ダイオード３１−３を停止させる電圧でもよい。
【００４８】
いずれにしても、電圧源３１−２０の出力電圧は励起レーザ・ダイオード３１−３の励起光を抑圧する電圧であり、励起レーザ・ダイオード３１−３を実質的にシャット・ダウンする電圧であるといえる。
３１−１９はラッチ回路３１−１８の出力によって第一の圧縮増幅器３１−１０と電圧源３１−２０の出力の一方を第二の圧縮増幅器３１−１５のもう一方の入力端子に供給するアナログ・スイッチである。更に具体的に説明すると、アナログ・スイッチ３１−１９は、光入力断検出回路３１−１６の出力によってラッチ回路３１−１８が保持した一方の論理レベルの信号によって電圧源３１−２０の出力を第二の圧縮増幅器３１−１５のもう一方の入力端子に供給し、光入力復帰検出回路３１−１７の出力によってラッチ回路３１−１８が保持したもう一方の論理レベルの信号によって第一の圧縮増幅器３１−１０の出力を第二の圧縮増幅器３１−１５のもう一方の入力端子に供給する。
【００４９】
そして、光入力断検出回路３１−１６、光入力復帰検出回路３１−１７、ラッチ回路３１−１８、アナログ・スイッチ３１−１９及び電圧源３１−２０は、
光入力断検出回路３１−１６の出力と、光入力復帰検出回路３１−７の出力とによって、第一の圧縮増幅器３１−１０の出力と該第二の一定電圧との一方を選択して第二の圧縮増幅器３１−１５に供給する切り替え制御部を構成する。
【００５０】
ここで、第一の圧縮増幅器３１−１０及び第二の圧縮増幅器３１−１５の増幅極性は次のように決める必要がある。
即ち、光・電気変換回路３１−８の出力に対して第一の圧縮増幅器３１−１０が反転増幅器であるならば、アナログ・スイッチ３１−１９の出力に対して第二の圧縮増幅器３１−１５は非反転増幅器とする。こう決めることによって、アナログ・スイッチ３１−１９が第一の圧縮増幅器３１−１０の出力を選択して第二の圧縮増幅器３１−１５に供給する場合、光・電気変換回路３１−８から第一の圧縮増幅器３１−１０、第二の圧縮増幅器３１−１５、励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４、励起レーザ・ダイオード３１−３、カプラ３１−５、カプラ３１−６、フィルタ３１−７を経由して光・電気変換回路３１−８に至るループが負帰還ループとなって、出力光のレベルを一定に制御することができるからである。そして、上記の関係にある時、第一の圧縮増幅器３１−１０が光・電気変換回路３１−８の出力と該第一の一定電圧との差を圧縮増幅することができ、第二の圧縮増幅器３１−１５がアナログ・スイッチ３１−１９の出力電圧と光・電気変換回路３１−１４が励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅することができるのである。
【００５１】
又、光・電気変換回路３１−８の出力に対して第一の圧縮増幅器３１−１０が非反転増幅器であるならば、アナログ・スイッチ３１−１９の出力に対して第二の圧縮増幅器３１−１５は反転増幅器としてもよい。このようにしても、アナログ・スイッチ３１−１９が第一の圧縮増幅器３１−１０の出力を選択して第二の圧縮増幅器３１−１５に供給する場合、光・電気変換回路３１−８から第一の圧縮増幅器３１−１０、第二の圧縮増幅器３１−１５、励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４、励起レーザ・ダイオード３１−３、カプラ３１−５、カプラ３１−６、フィルタ３１−７を経由して光・電気変換回路３１−８に至るループが負帰還ループとなって、出力光のレベルを一定に制御することができるからである。そして、この場合にも、第一の圧縮増幅器３１−１０が光・電気変換回路３１−８の出力と該第一の一定電圧との差を圧縮増幅することができ、第二の圧縮増幅器３１−１５がアナログ・スイッチ３１−１９の出力電圧と光・電気変換回路３１−１４が励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅することができる。
【００５２】
要約すると、図１の構成の特徴は、光増幅ファイバ３１−２からの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の圧縮増幅器３１−１０と、該第一の圧縮増幅器３１−１０の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の圧縮増幅器３１−１５と、該第一の圧縮増幅器３１−１０におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の圧縮増幅器３１−１０の出力を該第二の圧縮増幅器３１−１５に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の圧縮増幅器３１−１５に供給する切り替え部とを設け、入力光のレベルが正常な状態には、第一の圧縮増幅器３１−１０の出力を第二の圧縮増幅器３１−１５に供給し、第二の圧縮増幅器３１−１５において光・電気変換回路３１−１４の出力との差を圧縮増幅して励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に供給して、出力光が一定のレベルになるように自動レベル制御を行ない、入力光が断状態には、該第二の一定電圧を第二の圧縮増幅器に供給し、第二の圧縮増幅器３１−１５において光・電気変換回路３１−１４の出力との差を圧縮増幅して励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に供給して、励起レーザ・ダイオード３１−３の出力を、入力光が断状態の時に光増幅ファイバ３１−２の利得を入力光のレベルが正常な時の利得より小さい利得に制御し、且つ、入力光が復帰した時に復帰したことを光入力復帰検出回路３１−１７が容易に検出できる程度の利得に制御する点にある。
【００５３】
これによって、入力光のレベルが正常状態の時には、励起レーザ・ダイオード３１−３の特性が周囲温度の変化や経年変化によって変動しても、入力光のレベルに対応して該励起光のレベルを制御することができるため、光増幅ファイバ３１−２が出力する出力光のレベルを一定に制御することができる。
しかも、第一の圧縮増幅器３１−１０におけるレベルの変化情報、又は、第二の圧縮増幅器における励起レーザ・ダイオードの出力レベルの変化情報を示す電圧を受けて、該変化情報が所定の変化をしたことを検出して入力光が所定のレベル以下に低下した断状態を検出した場合には、該第二の一定電圧を第二の圧縮増幅器３１−１５に供給して光増幅ファイバ３１−２の利得を入力光のレベルが正常な時の利得より小さい利得に制御し、且つ、入力光が復帰した時に復帰したことを光入力復帰検出回路３１−１７が容易に検出できる程度の利得に制御するので、入力光が正常なレベルに復帰した時に光増幅ファイバ３１−２から光サージを発生させることがない。更に、該第二の一定電圧を上記の如く設定するので、入力光が復帰した時に直ちに復帰したことを検出することができ、出力光の自動レベル制御を直ちに再開することができる。
【００５４】
これで、本発明の光増幅器の原理的構成と動作の概要を説明したので、以降、具体的な発明の実施の形態を示し、その動作をタイムチャートを用いて説明する。
図２は、本発明の第一の実施の形態である。
図２において、３１−２は入力光を増幅する光増幅ファイバ、３１−３は光増幅ファイバ３１−２に供給する励起光を生成する励起レーザ・ダイオードである。
【００５５】
３１−４１は励起レーザ・ダイオード３１−３に駆動電流を供給するトランジスタ、３１−４２はトランジスタ３１−４１の電流を決定する抵抗で、トランジスタ３１−４１及び抵抗３１−４２によって図１の励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４を構成する。
３１−５は励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する該励起光を光増幅ファイバ３１−２に供給するカプラである。
【００５６】
３１−６は光増幅ファイバで増幅された光を出力光と出力モニタ光に分岐するカプラ、３１−７は出力モニタ光に混入している励起光を除去する光フィルタである。図２では、光フィルタ３１−７を低域通過型光フィルタであるものとして図示しているが、この理由は既に記載した通りである。
３１−８１は光フィルタ３１−７が出力する光信号を電気信号に変換するフォト・ダイオード、３１−８２はフォト・ダイオード３１−８１が光・電気変換して出力する電流を電圧変換する抵抗で、フォト・ダイオード３１−８１及び抵抗３１−８２によって図１の光・電気変換回路３１−８を構成する。
【００５７】
３１−９は第一の一定電圧を生成する基準電圧源、３１−１０１は抵抗３１−８２の両端の電圧と基準電圧源３１−９が出力する第一の一定電圧を圧縮増幅する差動増幅器で、図１の第一の圧縮増幅器３１−１０を構成する。
そして、主として、フィルタ３１−７、フォト・ダイオード３１−８１、抵抗３１−８２、基準電圧源３１−９及び差動増幅器３１−１０１によって光増幅ファイバ３１−２からの出力光の強度を検出した電圧と該第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部を構成する。
【００５８】
３１−１４１は励起レーザ・ダイオード３１−３の出力光の一部を受けて電気信号に変換するフォト・ダイオード、３１−１４２はフォト・ダイオード３１−１４１が電気変換して出力する電流を電圧変換する抵抗で、フォト・ダイオード３１−１４１及び抵抗３１−１４２によって図１の光・電気変換回路３１−１４を構成する。ここでは、出力光の一部を受けて電気信号に変換する該フォト・ダイオード３１−１４１は励起レーザ・ダイオード３１−３のパッケージ内にマウントされて励起レーザ・ダイオード３１−３のバック光を受けるフォト・ダイオードであることを想定しているが、独立なフォト・ダイオードであってもよいことは既に説明した通りである。
【００５９】
３１−１５１は抵抗３１−１４２の両端の電圧を反転入力端子に受け、差動増幅器３１−１０１の出力と後述する第二の一定電圧とのいずれかを非反転入力端子に受けて、励起レーザ・ダイオード駆動回路３１−４に励起レーザ・ダイオード３１−３を駆動する信号を供給する、図１の第二の圧縮増幅器３１−１５を構成する差動増幅器である。
【００６０】
３１−１６２は基準電圧源、３１−１６１は上記第一の制御部におけるレベルの変化情報を示す電圧の１つである、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給される信号と基準電圧源３１−１６２が出力する基準電圧とを比較して、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給される電圧が基準電圧源３１−１６２が出力する基準電圧より所定電圧以上高くなった時に論理レベル“１”の信号を出力するコンパレータ、３１−１６３はコンパレータ３１−１６１の出力の立ち上がりを検出するエッジ検出回路で、コンパレータ３１−１６１、基準電圧源３１−１６２、エッジ検出回路３１−１６３によって、図１の光入力断検出回路３１−１６を構成する。
【００６１】
３１−１７２は基準電圧源、３１−１７１は抵抗３１−８２の両端の電圧と基準電圧源３１−１７２が出力する基準電圧を比較して、抵抗３１−８２の両端の電圧が基準電圧源３１−１７２が出力する基準電圧より所定電圧以上高くなった時に論理レベル“１”の信号を出力するコンパレータ、３１−１７３はコンパレータ３１−１７１の出力の立ち上がりを検出するエッジ検出回路で、コンパレータ３１−１７１、基準電圧源３１−１７２、エッジ検出回路３１−１７３によって、図１の光入力復帰検出回路３１−１７を構成する。
【００６２】
３１−１９は第二の一定電圧を生成する電圧源、３１−１９は該第二の一定電圧又は差動増幅器３１−１０１の出力のいずれかを選択して差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給するアナログ・スイッチである。
３１−１８１はエッジ検出回路３１−１６３の出力によってセットされ、エッジ検出回路３１−１７３の出力によってリセットされて、入力光が断状態の時に一方の論理レベルの信号を出力し、入力光が正常な時又は復帰した時にもう一方の論理レベルの信号を出力する、図１のラッチ回路３１−１８を構成するセット・リセット・フリップ・フロップ（図では、Ｓｅｔ　Ｒｅｓｅｔ　Ｆｌｉｐ−Ｆｌｏｐ　の頭文字による略語「ＳＲＦＦ」を記載している。）である。
【００６３】
そして、差動増幅器３１−１５１、フォト・ダイオード３１−１４１及び抵抗３１−１４２によって、上記第一の制御部の出力と上記第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部を構成する。又、上記光入力断検出回路、上記光入力復帰検出回路、セット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１、電圧源３１−２０及びアナログ・スイッチ３１−１９によって切り替え制御部が構成される。
【００６４】
ここで、電圧源３１−２０が生成する該第二の一定電圧は、入力光が断状態の時に光増幅ファイバ３１−２の利得を過少なものとせず、入力光が復帰した時に直ちに入力光が復帰したことを光入力復帰検出回路が検出できる程度の利得に制御できる励起光を光増幅ファイバ３１−２に供給するための電圧である。
更に具体的には、図１の構成を図１２の構成における光前置増幅器３１に適用する場合には、復帰時の入力光のレベルがあまり高くないので復帰を検出できる程度の利得を光増幅ファイバ３１−２に与えるに足る電圧である。一方、図１の構成を図１１及び図１２の構成における光出力増幅器１２に適用する場合には、復帰時の入力光のレベルが高いために、入力光が断状態の時に光増幅ファイバ３１−２が損失を呈していてもよいので、励起レーザ・ダイオード３１−３を停止する電圧であってもよい。
【００６５】
ここで、入力光が正常な時にはアナログ・スイッチ３１−１９は差動増幅器３１−１０１の出力を差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給している。そして、入力光が断状態になると、差動増幅器３１−１０１は出力光のレベルを一定に保とうとして差動増幅器３１−１０１の出力電圧を高くしようとする。従って、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子の電圧と基準電圧源３１−１６２が出力する基準電圧とを比較していれば、入力光が断状態になったことを検出することができる。
【００６６】
即ち、上記電圧上昇をコンパレータ３１−１６１が検出して一旦論理レベル“１”に推移し、エッジ検出回路３１−１６３が論理レベル“１”に推移するエッジを検出して論理レベル“１”の信号をセット・リセット・フリップ・フロップのリセット端子に供給する。
これによって、アナログ・スイッチ３１−１９は電圧源３１−２０側に倒れて、電圧源３１−２０が出力する第二の一定電圧を差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給して自動レベル制御ループを開き、電圧源３１−２０が出力する電圧が先に記載した如く設定されているので、励起レーザ・ダイオード３１−３の出力光の強度を抑制する。
【００６７】
この状態で入力光が復帰すると、電圧源３１−２０が出力する電圧が先に記載した如く設定されているので、抵抗３１−８２の両端の電圧である出力光モニタ信号が所定以上上昇することができ、コンパレータ３１−１７１とエッジ検出回路３１−１７３は入力光が復帰したことを検出することができる。そして、エッジ検出回路３１−１７３の出力によってセット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１がセットされるので、アナログ・スイッチ３１−１９は差動増幅器３１−１０１の出力を選択して差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給するようになる。これで自動レベル制御をする負帰還ループが再構成されるので、出力光のレベルを一定に保つ自動レベル制御動作が行なわれるようになり、出力光のレベルが一定に制御されるようになる。
【００６８】
即ち、図２の構成によって、自動レベル制御動作と入力光が断状態の時の励起レーザ・ダイオード３１−３の出力光の抑制動作を両立して実現することができる。
図３は、図２の構成における入力光断及び入力光復帰に対する動作を説明するタイムチャートである。以降、図２も参照しながら上記動作を説明する。
【００６９】
図３（イ）は、入力光レベルで、時刻ｔ０　に断になり、時刻ｔ３　に復帰するものとする。
図３（ロ）は、図２の差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給されている電圧（図では、第二の圧縮増幅器に供給される電圧の意味で「第二の圧縮増幅器入力電圧」と略記している。）である。
【００７０】
入力光が正常なレベルにある時（時刻ｔ０　以前）には、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子の電圧は定常励起レベルに対応する電圧である。この状態で、入力光が断状態になると、出力光のレベルが低下し、差動増幅器３１−１０１の反転入力端子に供給される電圧が低下するので、差動増幅器３１−１０１が出力する自動レベル制御信号のレベルが上昇して、アナログ・スイッチ３１−１９の出力電圧もまた上昇する。
【００７１】
アナログ・スイッチ３１−１９の出力電圧と基準電圧源３１−１６２の出力電圧をコンパレータ３１−１６１が比較しているので、定常励起レベルから所定以上電圧が上昇した時刻、即ち、時刻ｔ１　に入力光断が検出される。これを、図３（ハ）に示しているが、この波形は図２のコンパレータ３１−１６１の出力波形である。尚、上記「定常励起レベルから所定以上電圧が上昇」は、「通常起こり得る入力光強度の変化に対応する定常励起レベルからの上昇を上回る上昇」を意味する。
【００７２】
図３（ニ）は、入力光断の立ち上がりエッジを検出した信号（図では、単に「入力光断エッジ検出」と略記している。）で、図２のエッジ検出回路３１−１６３の出力である。ここで、エッジ検出回路３１−１６３を用いるのは、入力光断が検出されるとアナログ・スイッチ３１−１９が電圧源３１−２０の出力を選択して、一定電圧を差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給するようになると、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子の電圧が図３（ロ）の如く微小励起レベルに低下するのに対応して図３（ハ）の波形のパルス幅が狭くなり、入力光断検出を確度高く行なうのが困難になるので、エッジ検出回路３１−１６３で一定のパルス幅の信号にするためである。
【００７３】
図３（ニ）に示すエッジ検出回路３１−１６３の出力波形によって図２のセット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１をリセットするので、図３（チ）の如くセット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１の出力は論理レベル“０”に推移して保持され、時刻ｔ２　に差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に上記第二の一定電圧が供給されるようになる。この電圧は、光増幅ファイバ３１−２の励起レベルを低下させる電圧であるので、図３（ロ）では「微小励起レベル」と記載している。
【００７４】
この間、後方モニタのためのフォト・ダイオード３１−８１の出力は、入力光断に対応して図３（ホ）の如く低下すると共に、励起レーザ・ダイオード３１−３をモニタするフォト・ダイオードの出力は図３（リ）の如く変化する。即ち、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光は入力光断にもかかわらず増加することがなく、励起レーザ・ダイオード３１−３の信頼度を確保することができる。
【００７５】
上記の状態で、時刻ｔ３　に入力光が復帰すると、図２のコンパレータ３１−１７１がこの旨検出して図３（ヘ）の如く論理レベル“１”の信号を出力するので、エッジ検出回路３１−１７３が図３（ト）の如き一定パルス幅の信号を出力する。
図３（ト）のパルスによって図２のセット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１がセットされるので、セット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１の出力は図３（チ）の如く論理レベル“１”に復帰する。
【００７６】
これによって、アナログ・スイッチ３１−１９は差動増幅器３１−１０１が出力を選択して差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給するようになるので、図２の構成は自動レベル制御動作を再開し、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給される電圧は、図３（ロ）の如く、時刻ｔ３　以降定常励起レベルで一定になる。これと共に、後方モニタのためのフォト・ダイオード３１−８１の出力（図３（ホ））と励起レーザ・ダイオードをモニタするフォト・ダイオード３１−４１の出力（図３（リ））も定常励起に対応する一定レベルに戻る。
【００７７】
尚、入力光が復帰したことを検出した信号は、通常は、図３（ヘ）の如く論理レベル“１”に保持されるので、エッジ検出回路３１−１７３は必ずしも必要ではない。
ここで、図２の構成では、上記第一の制御部と上記第二の制御部を含む自動レベル制御のための上記負帰還ループの中に、差動増幅器３１−１５１を中心とする該第二の制御部の帰還ループがマイナー・ループとして存在している。このような構成の場合、差動増幅器３１−１５１を中心とする帰還ループの応答時間が自動レベル制御のための上記帰還ループの応答時間より長い場合には、該第二の制御部が該第一の制御部が行なう制御と矛盾する制御を行なうことがあり得て、自動レベル制御のための上記負帰還ループにて発振を引き起こす恐れが生ずる。
【００７８】
この恐れを回避するためには、該第二の制御部の応答時間を該第一の制御部の応答時間より小さく設定しておく必要がある。例えば、該第二の制御部の応答時間を該第一の制御部の応答時間の１／１０程度に設定しておけば十分である。そして、この事項は以降に説明する他の発明の実施の形態においても同様である。又、上の説明では差動増幅器３１−１０１の出力が増加するのを検出して入力光断であると判定すると記載しているが、これは、出力モニタ光を電気変換した出力モニタ信号を差動増幅器３１−１０１の反転入力端子に供給し、差動増幅器３１−１０１の出力を差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子に供給して励起レーザ・ダイオード３１−３の駆動電流を制御する構成にしているからで、出力モニタ光を電気変換した信号を差動増幅器３１−１０１の非反転入力端子に供給し、差動増幅器３１−１０１の出力である自動レベル制御信号を差動増幅器３１−１５１の反転入力端子に供給して励起レーザ・ダイオード３１−３の駆動電流を制御する構成にすることもできる。後者の構成にすれば、該自動レベル制御信号が減少するのを検出して入力光断であると判定することになる。
【００７９】
又、上の説明では差動増幅器３１−１５１の入力が所定の変化をするのを検出して入力光断を検出する例を使用したが、上記出力モニタ信号や差動増幅器３１−１０１の出力が所定の変化をするのを検出して入力光断を検出してもよいし、差動増幅器３１−１５１の出力が所定の変化をするのを検出して入力光断を検出してもよい。ここで、出力モニタ信号、差動増幅器３１−１０１の出力の変化は該第一の制御部における変化情報であり、差動増幅器３１−１５１の入力と差動増幅器３１−１５１の出力の変化は該第二の制御部における変化情報であるということができる。
【００８０】
しかも、該変化情報の１つを使用して入力光断を検出するかのように記載しているが、該変化情報のうち１つを使用することに限定する必要はない。即ち、複数の変化情報が所定の変化をすることを検出し、それらの論理和や多数決によって入力光断を検出してもよい。
ただ、入力断は該第一の制御部のレベルの変化情報によっても該第二の制御部のレベルの変化情報によっても検出できるが、入力断検出された後は該第一の制御部はアナログ・スイッチ３１−１９によって自動レベル制御のための負帰還ループからは切り離されているので、入力復帰の検出は該第一の制御部の変化情報によらなければならない。
【００８１】
即ち、図２に示した実施の形態は、「光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部とを設けた光増幅器」と、「光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部及び第二の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部とを設けた光増幅器」の二つの発明を包含している。
【００８２】
更に、図２の構成では、差動増幅器３１−１５１の非反転入力端子の電圧が所定の変化をしたことを検出した信号によってスイッチ３１−１９に供給する切り替え信号を一方の論理レベルに保持し、抵抗３１−８２の端子電圧である出力モニタ光を電気変換した出力モニタ信号が所定の値に復帰をしたことを検出した信号によってスイッチ３１−１９に供給する切り替え信号をもう一方の論理レベルに保持するために、ラッチ回路にセット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１を適用する例を示しているが、セット・リセット・フリップ・フロップ３１−１８１の代わりにＪ−Ｋフリップ・フロップを適用することも可能である。そして、ラッチ回路にＪ−Ｋフリップ・フロップを適用できることは、以降に説明する他の本発明の実施の形態においても同様である。
【００８３】
又、「第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部とを設けた光増幅器」であれば、変化状態を検出するコンパレータ及びエッジ検出回路を入力断検出と入力復帰検出に共用することができ、コンパレータ及びエッジ検出回路を共用する場合にはラッチ回路には通常の遅延フリップ・フロップ（Ｄ−ＦＦ）を使用すればよい。
【００８４】
図４は、本発明の第二の実施の形態である。
図４の構成要素は、図２の構成要素と仔細に比較すれば明らかな如く、図２の構成要素と全く同じである。異なるのは、コンパレータ３１−１６１への入力をフォト・ダイオード３１−１４１の出力、即ち、抵抗１４２の両端の電圧としている点だけである。又、第一の制御部の構成、第二の制御部の構成、切り替え制御部の構成も図２の構成と全く同じである。
【００８５】
ここで、フォト・ダイオード３１−１４１の出力は、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光に比例する光を電気変換した、励起レーザ・ダイオードの出力光のレベルをモニタするための励起レーザ・ダイオード・モニタ信号である。該励起レーザ・ダイオード・モニタ信号は、図４の構成においては、入力光が断になって差動増幅器３１−１０１の出力のレベルが上昇し始めるのにつれて、差動増幅器３１−１５１が圧縮増幅器であるが故にフォト・ダイオード３１−１４１の出力も上昇し始めるので、フォト・ダイオード３１−１４１の出力によっても入力光断を検出することができる。尚、入力光が断になるとフォト・ダイオード３１−１４１が電気変換した電圧は必ず上昇するので、この場合にはフォト・ダイオード３１−１４１が電気変換した電圧が上昇することによって入力光断を検出することになる。
【００８６】
又、入力光の復帰の検出は図２の構成と全く同じである。
そして、励起レーザ・ダイオード３１−３の出力をモニタするフォト・ダイオード３１−１４１は上記第二の制御部内にあるので、該励起レーザ・ダイオード・モニタ信号も第二の制御部のレベルの変化状態を示す信号である。即ち、図２の構成と図４の構成は、第二の制御部の変化状態によって入力断を検出し、第一の制御部の変化状態によって入力復帰を検出するという共通点を有している。
【００８７】
つまり、図４の構成は、図２の構成と全く同じ動作を実現できることは容易に理解しうる。
図５は、図４の構成における入力光断及び入力光復帰に対する動作を説明するタイムチャートである。
図５のタイムチャートにおいて図３のタイムチャートと異なるのは励起レーザ・ダイオード３１−３の出力をモニタするフォト・ダイオード３１−１４１の出力である励起レーザ・ダイオード・モニタ信号によって入力光断を検出することだけで、他は図３の場合と同じである。従って、図５のタイムチャートの説明は省略したい。
【００８８】
さて、構成と動作の説明は図４及び図５について殆ど省略したが、最も重要なポイントについてだけ補充しておくと、光・電気変換回路３１−８の出力に対して差動増幅器３１−１０１が反転増幅器であるならば、アナログ・スイッチ３１−１９の出力に対して差動増幅器３１−１５１は非反転増幅器とし、光・電気変換回路３１−８の出力に対して差動増幅器３１−１０１を非反転増幅器とするならば、アナログ・スイッチ３１−１９の出力に対して差動増幅器３１−１５１は反転増幅器としてもよいということである。
【００８９】
図６は、本発明の第三の実施の形態である。
図６の構成要素は、図４の構成要素と仔細に比較すれば明らかな如く、図４の構成において、抵抗３１−１４２の一端とコンパレータ３１−１６１の非反転入力端子との間にコンデンサ３１−１６４と抵抗３１−１６５よりなる微分回路を挿入して、抵抗３１−１４２の両端の電圧の変化を検出するために抵抗３１−１４２の両端の電圧を微分するようにした点が異なるだけで、他は図４の構成と同じである。そして、第一の制御部及び第二の制御部は図２及び図４と同じであり、切り替え制御部は図２及び図４の切り替え制御部に上記微分回路が付加された点が異なるだけである。
【００９０】
ここで、フォト・ダイオード３１−１４１の出力を微分した信号は、励起レーザ・ダイオード３１−３が出力する励起光に比例する光を電気変換した電圧を微分したもので、励起レーザ・ダイオード３１−３の動作状況を表わす電圧に他ならない。そして、フォト・ダイオード３１−１４１の出力の変化は図４の構成の説明にて記載したのと同じであるので、フォト・ダイオード３１−１４１の出力の微分によっても入力光断を検出することができる。
【００９１】
又、入力光の復帰の検出は図４の構成と全く同じである。
そして、励起レーザ・ダイオード３１−３の出力をモニタするフォト・ダイオード３１−１４１は上記第二の制御部内にあるので、該励起レーザ・ダイオード・モニタ信号も第二の制御部のレベルの変化状態を示す信号である。即ち、図２の構成と図４の構成は、第二の制御部の変化状態によって入力断を検出し、第一の制御部の変化状態によって入力復帰を検出するという共通点を有している。
【００９２】
従って、図６の構成は、図４の構成と全く同じ動作を実現できることは容易に理解できることであるので、これ以上の説明は省略する。
図７は、図６の構成における入力光断及び入力光復帰に対する動作を説明するタイムチャートである。
図７のタイムチャートにおいて図５のタイムチャートと異なるのは微分回路の出力によってコンパレータ３１−１６１から入力光断を検出する信号を取り出すことだけで、他は図４と同じである。従って、図７のタイムチャートの説明は省略したい。
【００９３】
尚、図６では、フォト・ダイオード３１−１４１の出力を微分する例を示しているが、アナログ・スイッチ３１−１９の出力又は差動増幅器３１−１５１の出力を微分しても同じ動作を実現することができる。又、図６には、フォト・ダイオード３１−８１の出力を微分する構成を示していないが、フォト・ダイオード３１−８１の出力を微分する構成を設けてもよい。
【００９４】
さて、構成と動作の説明は図６及び図７について殆ど省略したが、最も重要なポイントについてだけ補充しておくと、光・電気変換回路３１−８の出力に対して差動増幅器３１−１０１が反転増幅器であるならば、アナログ・スイッチ３１−１９の出力に対して差動増幅器３１−１５１は非反転増幅器とし、光・電気変換回路３１−８の出力に対して差動増幅器３１−１０１を非反転増幅器とするならば、アナログ・スイッチ３１−１９の出力に対して差動増幅器３１−１５１は反転増幅器としてもよいということである。
【００９５】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、光増幅ファイバの前方で光信号レベルの検出して該光増幅ファイバのエネルギー状態を励起する励起光源の出力を低下させる必要がなく、光増幅ファイバの後方で光信号レベルを検出するのみで光出力レベルを一定に保つと共に入力光が断になった時に該励起光源の出力を低下させることが可能な光増幅器を提供することができる。
【００９６】
即ち、第一の発明によれば、該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え部とを設けているので、入力光が断になった時に該第一の制御部のレベルの変化状態を検出して該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給して該励起光源に一定の駆動電流を供給し、入力光のレベルが正常なことも該第一の制御部のレベルの変化状態を検出して該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給して該励起光源に光増幅器の出力光のレベルを一定に保つのに必要な駆動電流を供給でき、入力断時の該励起光源の出力抑圧動作と出力光レベル一定制御動作との双方を両立させることができる。
【００９７】
又、第二の発明によれば、該光増幅ファイバからの出力光の強度を検出した電圧と第一の一定電圧との差を圧縮増幅する第一の制御部と、該第一の制御部の出力と第二の一定電圧とのいずれかと該励起光の強度を検出した電圧との差を圧縮増幅する第二の制御部と、該第一の制御部及び第二の制御部におけるレベルの変化状態を検出し、該変化状態に応じて、該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給するか、該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給する切り替え制御部とを設けたので、入力光の断を該第一の制御部又は該第二の制御部のレベルの変化状態によって検出して該第二の一定電圧を該第二の制御部に供給して該励起光源に一定の駆動電流を供給し、入力光のレベルが正常なことを該第一の制御部のレベルの変化状態によって検出して該第一の制御部の出力を該第二の制御部に供給して該励起光源に光増幅器の出力光のレベルを一定に保つのに必要な駆動電流を供給でき、入力断時の該励起光源の出力抑圧動作と出力光レベル一定制御動作との双方を両立させることができる。
【００９８】
更に、第三の発明によれば、該第二の一定電圧は、該励起光源の出力光の強度を所定値以下に制御しうる電圧であるので、入力光が断状態の時に該第二の一定電圧を上記第二の圧縮増幅器に供給することにより、入力光が断状態から復帰した時に上記光増幅ファイバから光サージが発生することを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅器の原理的構成。
【図２】本発明の第一の実施の形態。
【図３】図２の構成の入力光断及び入力光復帰に対する動作。
【図４】本発明の第二の実施の形態。
【図５】図４の構成の入力光断及び入力光復帰に対する動作。
【図６】本発明の第三の実施の形態。
【図７】図６の構成の入力光断及び入力光復帰に対する動作。
【図８】従来の光増幅器の原理的構成。
【図９】従来の前方制御光増幅器の原理的構成。
【図１０】従来の後方制御光増幅器の原理的構成。
【図１１】フォトニック・ネットワークにおける光受信装置の構成（その１）。
【図１２】フォトニック・ネットワークにおける光受信装置の構成（その２）。
【符号の説明】
１　光送信装置
２　光伝送路
３　光受信装置
３ａ　光受信装置
１１　電気・光変換器
１２　光出力増幅器
３１　光前置増幅器
３２　光・電気変換器
３３　電気信号再生回路
３１−１　カプラ
３１−２　光増幅ファイバ
３１−３　励起レーザ・ダイオード
３１−４　励起レーザ・ダイオード駆動回路
３１−５　カプラ
３１−６　カプラ
３１−７　光フィルタ
３１−８　光・電気変換回路
３１−９　基準電圧源
３１−１０　第一の圧縮増幅器
３１−１０ａ　自動レベル制御回路
３１−１１　光フィルタ
３１−１２　光・電気変換回路
３１−１３　入力レベル・モニタ
３１−１４　光・電気変換回路
３１−１５　第二の圧縮増幅器
３１−１６　光入力断検出回路
３１−１７　光入力復帰検出回路
３１−１８　ラッチ回路
３１−１９　アナログ・スイッチ
３１−２０　電圧源
３１−２１、３１−２２　アイソレータ
３１−４１　トランジスタ
３１−４２　抵抗
３１−８１　フォト・ダイオード
３１−８２　抵抗
３１−１０１　差動増幅器
３１−１４１　フォト・ダイオード
３１−１４２　抵抗
３１−１５１　差動増幅器
３１−１６１　コンパレータ
３１−１６２　基準電圧源
３１−１６３　エッジ検出回路
３１−１６４　コンデンサ
３１−１６５　抵抗
３１−１７１　コンパレータ
３１−１７２　基準電圧源
３１−１７３　エッジ検出回路
３１−１８１　セット・リセット・フリップ・フロップ
【図１】
2004055637.tif 000003
【図２】
2004055637.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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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