(57)【要約】【課題】広ダイナミックレンジでの高速利得制御をより簡易な構成で実現可能にする光増幅器等を提供する。【解決手段】当該光増幅器の利得制御回路は、光増幅媒体（１４０）に入力されるべき信号光の一部のパワーと線形関係にある電圧を出力するための第１光検出器（２００ａ）と、該光増幅媒体（１４０）において増幅された信号光の一部のパワーと線形関係にある電圧を出力するための第２光検出器（２００ｂ）と、これら第１及び第２光検出器それぞれからの出力電圧の差分を出力する比較器（２３０）と、該比較器（２３０）からの出力電圧に応じて、励起光光源（２１０）に所望の駆動電流を供給するための駆動回路（２２０）とを備える。上記第１及び第２光検出器それぞれは、入力光のパワーに応じた電流に変換する光電変換素子（２０１ａ，２０１ｂ）と該光電変換素子からの出力電流を電圧に変換する演算増幅器（２０２ａ，２０２ｂ）を備え、特に、該第１及び第２光検出器の少なくともいずれかは、出力電圧のオフセットを調節するための調節機構（２０３ａ，２０３ｂ）を備える。【選択図】　図１
2004095857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅媒体と、
前記光増幅媒体に所定波長の励起光を供給する励起光光源と、
前記光増幅媒体に入力されるべき信号光の一部を分離するための第１カプラと、
前記第１カプラとともに前記光増幅媒体を挟むように配置され、該光増幅媒体中において増幅された信号光の一部を分離するための第２カプラと、そして、
前記第１及び第２カプラによりそれぞれ分離された光のパワーの情報を利用して当該光増幅器の利得を制御するための利得制御回路とを備えた光増幅器であって、
前記利得制御回路は、前記第１カプラにより分離された光のパワーと線形関係にある電圧を出力するための第１光検出器と、
前記第２カプラにより分離された光のパワーと線形関係にある電圧を出力するための第２光検出器と、
前記第１及び第２光検出器それぞれからの出力電圧の差分電圧を出力する前記比較器と、
前記比較器からの出力電圧に応じて、前記励起光光源に所望の駆動電流を供給するための駆動回路とを備えるとともに、
前記利得制御回路は、前記第１及び第２光検出器の、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係を規定する関数（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）の傾きａ及び切片ｂを調節することにより、利得制御を行うための構造を有する光増幅器。
【請求項２】
前記第１光検出器は、前記第１カプラにより分離された光をそのパワーに応じた電流に変換する第１光電変換素子と、該第１光電変換素子から出力される電流を電圧に変換する第１演算増幅器とを備えるとともに、前記第２光検出器は、前記第２カプラにより分離された光をそのパワーに応じた電流に変換する第２光電変換素子と、該第２光電変換素子から出力される電流を電圧に変換する第２演算増幅器とを備え、
前記第１及び第２光検出器の少なくともいずれかは、出力される電圧のオフセットを調節するための調節機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記利得制御回路における比較器は、前記第１及び第２光検出器にそれぞれ含まれる第１及び第２演算増幅器からの出力電圧を入力する差動増幅器を含むことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記第１及び第２光検出器の少なくともいずれかが設置された環境の雰囲気温度を測定するための温度センサを備え、
前記第１及び第２光検出器における光パワーと出力電圧の線形関係は、前記温度センサの測定結果に基づいて補正されることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光増幅媒体の信号出力端と前記第２カプラとの間に配置された利得等化器をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項６】
前記利得制御回路は、１秒以下の応答時間を有することを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項７】
前記利得制御回路は、利得一定制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項８】
前記傾き及び切片は、当該光増幅器の出力光に含まれる雑音光の影響を排除するよう調節されることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項９】
前記第１光検出器における分岐ポート透過率Ｔ１の波長依存性と前記第２光検出器における分岐ポート透過率Ｔ２の波長依存性との差の絶対値は、波長幅３０ｎｍ当たり１ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項１０】
励起光光源から所定波長の励起光を供給することにより、光増幅媒体を伝搬する互いに波長の異なる信号光を増幅する光増幅器の利得制御方法であって、
前記光増幅媒体に入力されるべき信号光の一部を受光する第１光検出器及び該光増幅媒体において増幅された信号の一部を受光する第２光検出器の少なくともいずれかにおいて、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係を規定する関数（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）の傾きａ及び切片ｂの少なくともいずれかを調節し、
前記第１及び第２光検出器からそれぞれ出力される電圧の差分情報を利用して、前記励起光光源に駆動電流を供給する駆動回路を制御する利得制御方法。
【請求項１１】
前記駆動回路は、前記第１及び第２光検出器からそれぞれ出力される電圧の差分情報と、前記第１及び第２光検出器の少なくともいずれかが設置された環境の雰囲気温度情報に基づいて制御されることを特徴とする請求項１０記載の利得制御方法。
【請求項１２】
前記駆動回路に供給される電圧は、前記光増幅媒体における増幅利得が一定になるよう調整されることを特徴とする請求項１０記載の利得制御方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２光検出器による光検出から前記励起光光源における出力調節までの応答時間は、１秒以下であることを特徴とする請求項１０記載の利得制御方法。
【請求項１４】
前記傾き及び切片は、前記光増幅器の出力光に含まれる雑音光の影響を排除するよう調節されることを特徴とする請求項１０記載の利得制御方法。
【請求項１５】
前記第１光検出器における分岐ポート透過率Ｔ１の波長依存性と前記第２光検出器における分岐ポート透過率Ｔ２の波長依存性との差の絶対値は、波長幅３０ｎｍ当たり１ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１０記載の利得制御方法。
【請求項１６】
前記第２光検出器により検出される、前記光増幅媒体において増幅された信号の一部は、波長ごとのバラツキが低減されていることを特徴とする請求項１０記載の利得制御方法。
【請求項１７】
励起光光源から所定波長の励起光を供給することにより、光増幅媒体を伝搬する互いに波長の異なる信号光を増幅する光増幅器に適用される利得制御回路であって、
前記光増幅媒体に入力されるべき信号光の一部のパワーと線形関係にある電圧を出力するための第１光検出器であって、該入力されるべき信号光の一部をそのパワーに応じた電流に変換する第１光電変換素子と該第１光電変換素子からの出力電流を電圧に変換する第１演算増幅器とを備えた第１光検出器と、
前記光増幅媒体において増幅された信号光の一部のパワーと線形関係にある電圧を出力するための第２光検出器であって、該増幅された信号光の一部をそのパワーに応じた電流に変換する第２光電変換素子と該第２光電変換素子からの出力電流を電圧に変換する第２演算増幅器とを備えた第２光検出器と、
前記第１及び第２光検出器それぞれからの出力電圧の差分を出力する前記比較器であって、該第１及び第２光検出器にそれぞれ含まれる第１及び第２演算増幅器からの出力電圧を入力する差動増幅器を含む比較器と、
前記比較器からの出力電圧に応じて、前記励起光光源に所望の駆動電流を供給するための駆動回路とを備え、
前記第１及び第２光検出器の少なくともいずれかは、少なくとも出力される電圧のオフセットを調節するための調節機構をさらに備えた利得制御回路。
【請求項１８】
１秒以下の応答時間を有することを特徴とする請求項１７記載の利得制御回路。
【請求項１９】
利得一定制御を行うことを特徴とする請求項１７記載の利得制御回路。
【請求項２０】
前記調節機構は、前記光増幅器の出力光に含まれる雑音光の影響を排除するよう前記オフセット電圧を調節することを特徴とする請求項１７記載の利得制御回路。
【請求項２１】
前記第１及び第２光検出器の少なくともいずれかが設置された環境の雰囲気温度を測定するための温度センサをさらに備え、
前記駆動回路は、前記第１及び第２光検出器からそれぞれ出力される電圧の差分情報と、前記温度センサの測定結果に基づいて制御されることを特徴とする請求項１７記載の利得制御回路。
【請求項２２】
前記第１光検出器における分岐ポート透過率Ｔ１の波長依存性と前記第２光検出器における分岐ポート透過率Ｔ２の波長依存性との差の絶対値は、波長幅３０ｎｍ当たり１ｄＢ以下であることを特徴とする請求項７記載の利得制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、互いに波長の異なる複数チャネルの信号光（ＷＤＭ信号光）を増幅可能な光増幅器、該光増幅器の利得制御方法、及び該光増幅器に適用可能な利得制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信容量の増大要求に応え、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信システムの利用が積極的に進められてきている。一方、このようなＷＤＭ通信システムには、ネットワークの信頼性及び効率性の向上のため、該ネットワークを伝搬するＷＤＭ信号光の一部を分岐あるいは挿入するＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）やＯＸＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｒｏｓｓ　Ｃｏｎｎｅｃｔ）などが導入されつつある。
【０００３】
上記ＷＤＭ通信システムでは、ネットワーク上における信号チャネル数の変動に柔軟に対応しなければならない。そのため、このようなＷＤＭ通信システムにおけるネットワーク構成要素として広く利用される、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：　Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの光増幅器にも信号チャネル数の変動に対する柔軟性が要求される。また、上述のようなＷＤＭ通信システムが広く普及するに従って、低価格の光増幅器を市場に提供することも非常に重要になってきている。
【０００４】
しかしながら、従来の光増幅器には、増幅利得を制御する方法として、例えば特開平２０００−４０８４７号公報に示されたように、対数増幅器（ログアンプ）を利用して利得算出を行う方法が一般的であった。具体的に対数増幅器を利用した利得算出を行う利得一定制御（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）は、以下の原理に基づいて実行される。
【０００５】
すなわち、光増幅器の利得は、以下の式（１）で表される。
【０００６】
Ｇ（ｄＢ）＝ＰＯＵＴ（ｄＢｍ）−ＰＩＮ（ｄＢｍ）　…（１）
【０００７】
ここで、Ｇは利得（単位：ｄＢ）、ＰＩＮは入力光パワーの対数値（単位：ｄＢｍ）、ＰＯＵＴは出力光パワーの対数値（単位：ｄＢｍ）である。
【０００８】
光増幅器の入力側では、入力側光検出器が増幅前信号光の一部の光パワーに比例した電圧を出力し、該入力側光検出器からの出力電圧が入力側対数増幅器によって対数変換される（入力側対数増幅器からの出力電圧Ｖ１は入力側光検出器で検出された光パワーの対数値に比例）。一方、出力側光検出器が増幅後信号光の一部の光パワーに比例した電圧を出力し、該出力側光検出器からの出力電圧も出力側対数増幅器によって対数変換される（出力側対数増幅器からの出力電圧Ｖ２は出力側光検出器で検出された光パワーの対数値に比例）。そして、得られた電圧Ｖ１、Ｖ２を差分器で引き算することにより、光増幅器の利得が検出される。この検出された利得と目標利得を比較器で比較し、該検出された利得と目標利得とが略一致するよう、例えば励起光パワーの調節等により光増幅器の利得制御が行われる。
【０００９】
なお、光増幅器の出力一定制御（ＡＬＣ：　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う場合は、上述のように当該光増幅器の利得を検出し、以下の式（２）から出力光パワーを算出する。
【００１０】
ＰＯＵＴ（ｄＢｍ）＝Ｇ（ｄＢ）＋ＰＩＮ（ｄＢｍ）　…（２）
【００１１】
そして、得られた出力光パワーと目標出力光パワーとを比較して、これらが略一致するよう励起光パワー等が制御される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は上述の従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。
【００１３】
すなわち、従来の光増幅器における利得制御では、対数増幅器で光検出器からの出力電圧を対数変換した後、さらに容易に実現可能な差分器を利用して利得検出が行われる。しかしながら、対数増幅器は電子部品の中では比較的高価であり、また該対数増幅器を含む制御回路は非線形制御回路となるため、設計が難しくなる。例えば、対数増幅器が利用されると、検出される入力光パワーによって当該制御回路の利得が変動してしまう（光検出器に入力される光のパワーが小さくなるほど当該制御回路の利得が大きくなる）。そのため、このような場合に当該制御回路を高速化しようとすると不安定になり易く、広ダイナミックレンジでの高速な利得制御が実現し難くなる。
【００１４】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、広ダイナミックレンジでの高速利得制御をより簡易な構成（低コスト化）で実現可能にする光増幅器、該光増幅器の利得制御方法、該光増幅器に適用可能な利得制御回路を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光増幅器は、光増幅媒体と、励起光光源と、該光増幅媒体を挟むよう配置された入力側カプラ（第１カプラ）及び出力側カプラ（第２カプラ）と、利得制御回路とを備える。上記光増幅媒体は、例えばエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：　Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ）などを含む。上記励起光光源は、光増幅媒体に所定波長の励起光を供給する。上記入力側カプラは、光増幅媒体に入力されるべき信号光の一部を分離する分岐ポートを有する。上記出力側カプラは、光増幅媒体中において増幅された信号光の一部を分離する分岐ポートを有する。そして、上記利得制御回路は、入力側カプラ及び出力側カプラによりそれぞれ分離された光のパワーの差分情報を利用して当該光増幅器の利得を制御する。なお、この利得制御回路において行われる利得制御には、少なくとも利得一定制御が含まれる。
【００１６】
上記利得制御回路は、入力側光検出器（第１光検出器）と、出力側光検出器（第２光検出器）と、比較器（制御系に含まれる）と、駆動回路を備える。上記入力側光検出器は、入力側カプラにより分離された光のパワーと線形関係にある電圧を出力する。上記出力側光検出器は、出力側カプラにより分離された光のパワーと線形関係にある電圧を出力する。上記比較器は、入力側光検出器及び出力側光検出器それぞれからの出力電圧の差分電圧を出力する。そして、上記駆動回路は、比較器からの出力電圧に応じて、レーザダイオードなどの励起光光源に所望の駆動電流を供給する。
【００１７】
特に、上記利得制御回路は、当該光増幅器の利得制御を行うため、入力側光検出器及び出力側光検出器の少なくともいずれかにおいて、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係を規定する関数（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）の傾きａ及び切片ｂを調節する。なお、これら傾き及び切片の調節は、増幅対象であるＷＤＭ信号光のみの利得制御を行うため、当該光増幅器の出力光に含まれる雑音光（主にＡＳＥ光）の光パワーを考慮しながら行われるのが好ましい。また、この利得制御回路における応答時間は、動的利得変動を避けるため１秒以下であるのが好ましい。
【００１８】
この発明に係る光増幅器は、上述の構成に加え、さらに、上記入力側光検出器及び出力側光検出器が設置された環境の雰囲気温度を測定するための温度センサを備えるのが好ましい。この雰囲気温度が変化すると、利得制御回路の温度ドリフトに起因して入力光パワー及び出力電圧間の上記線形関係も変化する場合がある。したがって、的確に温度変化をモニタしながら上記線形関係における傾きあるいは切片を調整することで、温度変化に起因した利得変動を効果的に抑制することができる（比較器から駆動回路へ供給される電圧が温度センサの測定結果に基づいて適切に補正される）。
【００１９】
さらに、この発明に係る光増幅器は、光増幅媒体の信号出力端と出力カプラとの間に配置された利得等化器を備えてもよい。このように、光増幅媒体と出力側カプラとの間に利得等化器が挿入されることにより、出力側カプラによって分離された光（出力側光検出器の検出対象）の波長依存性がなくなり（各信号チャネル間の利得バラツキが低減される）、光増幅媒体に導かれるＷＤＭ信号光の信号チャネル数が変化しても、該ＷＤＭ信号の利得を一定に制御することが可能になる。
【００２０】
上述のような構造を有する光増幅器の利得制御、例えば利得一定制御を、より簡易な構造でかつ高速に行う利得制御回路（この発明に係る利得制御回路）において、上記入力側光検出器、上記出力側光検出器、及び上記比較器は、それぞれ以下のような回路要素を含むのが好ましい。すなわち、上記入力側光検出器は、入力側カプラにより分離された光をそのパワーに応じた電流に変換する、フォトダイオードなどの光電変換素子（第１光電変換素子）と、出力される電圧のオフセットを調節することができる該光電変換素子からの出力電流を電圧に変換する演算増幅器（第１演算増幅器）とを備える。上記出力側光検出器は、出力側カプラにより分離された光をそのパワーに応じた電流に変換する、フォトダイオードなどの光電変換素子（第２光電変換素子）と、出力される電圧のオフセットを調節することができる該光電変換素子からの出力電流を電圧に変換する演算増幅器（第２演算増幅器）とを備える。そして、上記比較器は、入力側光検出器及び出力側光検出器にそれぞれ含まれる演算増幅器からの出力電圧を入力する差動増幅器を備え、入力側光検出器及び出力側光検出器それぞれの出力電圧の差分電圧を駆動回路へ出力する。駆動回路は、この比較器からの出力電圧（差分電圧）に応じて、駆動電流をレーザダイオードなどの励起光光源に供給する。
【００２１】
特に、この発明に係る利得制御回路において、入力側光検出器及び出力側光検出器の少なくともいずれかは、少なくとも前記オフセット電圧を調節するための調節機構を備える。換言すれば、当該利得制御回路は、入力側光検出器及び出力側光検出器の少なくともいずれかにおいて、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係を規定する関数（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）における傾きａ及び切片ｂのうち少なくともオフセット電圧に相当する切片ｂの調節を行う。
【００２２】
なお、このような利得制御回路も、動的利得変動を避けるため１秒以下の応答時間を有するのが好ましい。また、上述のようなオフセット電圧調節は、増幅対象であるＷＤＭ信号光のみの利得制御を行うため、光増幅器の出力光に含まれる雑音光（主にＡＳＥ光）の光パワーを考慮しながら行われる。
【００２３】
また、この発明に係る利得制御回路は、上述の構成に加え、温度変化に対して安定した利得制御を可能にするため、上記入力側光検出器及び出力側光検出器の少なくともいずれかが設置された環境の雰囲気温度を測定するための温度センサを備えるのが好ましい。
【００２４】
次に、この発明に係る利得制御方法は、上述のように、励起光光源から所定波長の励起光を供給することにより、光増幅媒体を伝搬するＷＤＭ信号光を増幅する光増幅器の利得制御に適用される。
【００２５】
すなわち、この発明に係る利得制御方法では、まず、光増幅媒体に入力されるべき信号光の一部を受光する入力側光検出器及び該光増幅媒体において増幅された信号の一部を受光する出力側光検出器の少なくともいずれかにおいて、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係を規定する関数（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）の傾きａ及び切片ｂを調節する。そして、該入力側光検出器及び出力側光検出器からそれぞれ出力される電圧の差分情報を利用して、励起光光源に駆動電流を供給する駆動回路を制御する。
【００２６】
なお、この発明に係る利得制御方法において、駆動回路は、温度変化に対して安定した利得制御を可能にするため、上記入力側光検出器及び出力側光検出器からそれぞれ出力される電圧の差分情報と、これら入力側光検出器及び出力側光検出器の少なくともいずれかが設置された環境の雰囲気温度情報に基づいて制御される。また、駆動回路に供給される電圧は、光増幅媒体における増幅利得が一定になるよう調整される。入力側光検出器及び出力側光検出器による光検出から励起光光源における出力調節までの応答時間は、動的利得変動を避けるため、１秒以下である。そして、より好ましくは、傾き及び切片の少なくともいずれかの調節は、光増幅器の出力光に含まれる雑音光の影響を排除するよう行われる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光増幅器等の各実施形態を、図１〜図５を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
図１は、この発明に係る光増幅器における第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係る光増幅器は、図１に示されたように、入力端１００ａから出力端１００ｂに向かって順に配置された、入力側カプラ１１０ａ、光アイソレータ１２０ａ、合波器１３０、光増幅媒体であるエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）１４０、光アイソレータ１２０ｂ、及び出力側カプラ１１０ｂを備えるとともに、ＥＤＦ１４０の所定波長の励起光を供給するための励起光光源であるＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）２１０と、利得制御回路をさらに備える。この利得制御回路は、入力側光検出器２００ａ、出力側光検出器２００ｂ、利得一定制御を行うＡＧＣ回路（制御系）２４０に含まれる比較器２３０、及び駆動回路２２０を備える。
【００２９】
上記入力側カプラ１１０ａは、入力端１００ａから取り込まれたＷＤＭ信号光の一部を利得制御回路へ導くための分岐ポートを有する。また、出力側カプラ１１０ｂは、ＥＤＦ１４０において増幅されたＷＤＭ信号光の一部を利得制御回路へ導くための分岐ポートを有する。
【００３０】
上記光アイソレータ１２０ａは、入力側カプラ１１０ａを通過したＷＤＭ信号光をＥＤＦ１４０へ向かって通過させる一方、該ＥＤＦ１４０からの光を遮断するよう機能する。逆に、上記光アイソレータ１２０ｂは、ＥＤＦ１４０において増幅されたＷＤＭ信号光を出力側カプラ１１０ｂへ向かって通過させる一方、該出力側カプラ１１０ｂからの光を遮断するよう機能する。
【００３１】
上記合波器１３０は、ＷＤＭ信号光とともにＬＤ２１０からの励起光をＥＤＦ１４０へ導くよう機能する。
【００３２】
上記利得制御回路は、上述のように、入力側光検出器２００ａと、出力側光検出器２００ｂと、比較器２３０と、駆動回路２２０を備える。入力側光検出器２００ａは、入力側カプラ１１０ａにより分離された光のパワーＰｉと線形関係にある電圧を出力し、出力側光検出器２００ｂは、出力側カプラ１１０ｂにより分離された光のパワーＰｏと線形関係にある電圧を出力する。ＡＧＣ回路２４０に含まれる比較器２３０は、入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂそれぞれからの出力電圧の差分電圧を出力する。そして、駆動回路２２０は、比較器２３０からの出力電圧に応じて、励起光光源であるＬＤ２１０に所望の駆動電流を供給する。
【００３３】
この構成により、上記利得制御回路は、入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂの少なくともいずれかにおいて、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係を規定する関数（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）の傾きａ及び切片ｂを調節する。なお、これら傾き及び切片の調節は、増幅対象であるＷＤＭ信号光のみの利得制御を行うため、当該光増幅器の出力光に含まれる雑音光（主にＡＳＥ光）の光パワーを考慮しながら行われるのが好ましい。また、この利得制御回路における応答時間は、動的利得変動を避けるため１秒以下であるのが好ましい。
【００３４】
次に、図２は、この発明に係る利得制御回路の基本構成を示す図である。図２に示された利得制御回路において、入力側光検出器２００ａは、入力側カプラ１１０ａからの分離光（パワーＰｉ）を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤ２０１ａと、動的にオフセット電圧を調節可能なオフセット電圧調節機構２０３ａと、ＰＤ２０１ａからの電気信号及びオフセット電圧を入力し、入力光パワーＰｉと線形関係になる電圧Ｖ１を出力する演算増幅器２０２ａを備える。
【００３５】
出力側光検出器２００ｂは、出力側カプラ１１０ｂからの分離光（パワーＰｏ）を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤ２０１ｂと、動的にオフセット電圧を調節可能なオフセット電圧調節機構２０３ｂと、ＰＤ２０１ｂからの電気信号及びオフセット電圧を入力し、入力光パワーＰｏと線形関係になる電圧Ｖ２を出力する演算増幅器２０２ｂを備える。
【００３６】
比較器２３０は、上記入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂそれぞれから出力された電圧Ｖ１、Ｖ２を入力し、それらの差分電圧Ｖ３を出力する差動増幅器２３１を含む。駆動回路２２０は比較器２３０から出力された差分電圧Ｖ３に応じた駆動電流をＬＤ２１０に供給する。これにより、ＬＤ２１０からパワーＰＰの励起光が合波器１３０を介してＥＤＦ１４０へ供給される。
【００３７】
すなわち、当該光増幅器の入力側では、入力側カプラ１１０ａにより増幅前信号光の一部が分離され、この分離光のパワーと線形関係にある電圧Ｖ１が入力側光検出器２００ａから出力される。一方、当該光増幅器の出力側では、出力側カプラ１１０ｂにより増幅後信号光の一部が分離され、この分離光のパワーと線形関係にある電圧Ｖ２が出力側光検出器２００ｂから出力される。各光検出器２００ａ、２００ｂから出力された電圧Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ比較器２３０に含まれる差動増幅器２３１に入力され、差分電圧Ｖ３が出力される。なお、比較器２３０としては、例えば演算増幅器や演算増幅器を利用した差動増幅器などが利用可能である。そして、この比較器２３０からの差分電圧Ｖ３に基づいて、駆動回路２２０が励起光光源であるＬＤ２１０の励起パワーＰＰを調節することにより、当該光増幅器の利得が制御される。
【００３８】
次に、図２に示された利得制御回路による利得一定制御（この発明に係る利得制御方法）について説明する。
【００３９】
まず、入力側光検出器２００ａからの出力電圧Ｖ１及び出力側光検出器２００ｂからの出力電圧Ｖ２は、それぞれ以下の式（３）及び式（４）で表される。
【００４０】
Ｖ１＝Ｒ１・Ｔ１・Ｐｉ＋ＶＯ１　…（３）
【００４１】
Ｖ２＝Ｒ２・Ｔ２・Ｐｏ＋ＶＯ２　…（４）
【００４２】
ここで、Ｔ１、Ｔ２は入力側及び出力側カプラ１１０ａ、１１０ｂの各分岐ポート透過率、Ｐｉ、Ｐｏは各光検出器２００ａ、２００ｂにより検出された光パワー、ＶＯ１、ＶＯ２は各光検出器２００ａ、２００ｂにおけるオフセット電圧（切片）、Ｒ１、Ｒ２（光検出器の変換率（Ａ／Ｗ）と抵抗値（Ω）を乗算した値）は傾きである。
【００４３】
一方、比較器２３０に含まれる差動増幅器２３１から出力される差分電圧Ｖ３は、以下の式（５）で表される。
【００４４】
Ｖ３＝Ｋ（Ｖ１−Ｖ２）　…（３）
【００４５】
ここで、Ｋは差動増幅器２３１の利得である。
【００４６】
上記差動増幅器２３１の利得Ｋが無限大（理想的な比較器）、ＶＯ１＝ＶＯ２と仮定すると、上記式（１）〜式（３）より、以下の式（６）が導かれる。
【００４７】
ＰＯＵＴ／ＰＩＮ＝（Ｒ１・Ｔ１）／（Ｒ２・Ｔ２）＝Ｇ　…（６）
【００４８】
ここで、Ｇは当該光増幅器の利得である。
【００４９】
よって、理想的には（差動増幅器２３１の利得Ｋが無限大）、当該光増幅器の利得ＧはＲ１、Ｒ２及び入力側及び出力側カプラ１１０ａ、１１０ｂの各分岐ポート透過率Ｔ１、Ｔ２によって決定される。しかしながら、現実には、差動増幅器２３１の利得は無限大ではない。そこで、この発明に係る利得制御方法では、上記式（３）及び式（４）のオフセット電圧ＶＯ１、ＶＯ２を調節することにより（オフセット電圧調節機構２０３ａ、２０３ｂ）、広ダイナミックレンジでの利得一定制御が実現される。
【００５０】
なお、図２に示された利得制御回路において、光増幅器の利得変更は、上記式（６）から明らかなように、入力光パワーＰｉと出力電圧Ｖｏとの線形関係（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）の傾きに相当するＲ１、Ｒ２の比を調節するか、あるいは入力側及び出力側カプラ１１０ａ、１１０ｂの各分岐ポート透過率Ｔ１、Ｔ２の比を調節することによっても実現できる。このとき、各光検出器２００ａ、２００ｂのオフセット電圧ＶＯ１、ＶＯ２の少なくとも一方も調節する必要がある。いずれの調節方法によっても、当該利得制御回路は、従来の利得制御回路と異なり対数増幅器を必要としないため、より簡易な構成（低コスト）で実現可能である。
【００５１】
また、一般に光増幅器は、増幅の際に雑音光（主にＡＳＥ光）も出力する。そのため、光増幅器からの出力光には、増幅されたＷＤＭ信号光と雑音光が含まれる。光増幅器では、この信号光の増幅利得を高精度に制御するため、出力光に含まれる雑音光の利得制御への影響を除去する必要がある。雑音光の影響を除去するためには、出力側光検出器２００ｂから出力される電圧Ｖ２から雑音光パワーに相当する電圧分を差分する必要がある。具体的には、上記式（４）中の切片（オフセット電圧ＶＯ２）を調節することにより、雑音光の影響は除去される。
【００５２】
次に、図３は、この発明に係る利得制御方法の効果を説明するための図である。この図３は、図２に示された利得制御回路において、入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂの各オフセット電圧ＶＯ１、ＶＯ２を相対的に調節することにより、広ダイナミックレンジでの利得制御（利得一定制御）が実現可能であることを説明するためのグラフである。なお、図３において、グラフＧ１００は相対的なオフセット電圧の調節が行われたケース、グラフＧ２００はオフセット電圧の調節が行われなかったケースそれぞれについて、信号光入力パワー（ｄＢｍ）と信号光利得（ｄＢ）の関係を示している。
【００５３】
図３からも分かるように、図２に示された利得制御回路においてオフセット電圧の調節が行われなかったケース（グラフＧ２００：入力側光検出器２００ａと出力側光検出器２００ｂの各オフセット電圧に相対的な差がなかった場合）では、信号光入力パワー（ｄＢｍ）が減少するに従って信号光利得（ｄＢ）が増加してしまう。一方、図２に示された利得制御回路において出力側光検出器２００ｂのオフセット電圧を入力側光検出器２００ａのオフセット電圧に対して相対的に調節したケース（グラフＧ１００）では、信号光入力パワー（ｄＢｍ）の変化に関わらず信号光利得（ｄＢ）をほぼ一定に制御できる。このことから、広ダイナミックレンジでの高精度な利得制御を実現するためには、入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂの相対的なオフセット電圧調節が重要である。換言すれば、各光検出器２００ａ、２００ｂへに入力される光のパワーＰｉ及び出力される電圧Ｖｏの線形関係（Ｖｏ＝ａ・Ｐｉ＋ｂ）に関し、切片ｂを相対的に調節することが重要である。
【００５４】
なお、各光検出器２００ａ、２００ｂにおけるオフセット電圧は、相対的に調節されればよく、これら光検出器２００ａ、２００ｂのうち少なくともいずれか一方のオフセット電圧を他方のオフセット電圧に対して調節すればよい。
【００５５】
図４は、この発明に係る光増幅器における第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係る光増幅器は、上述の第１実施形態と同様に、入力端１００ａから出力端１００ｂに向かって順に配置された、入力側カプラ１１０ａ、光アイソレータ１２０ａ、合波器１３０、光増幅媒体であるエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）１４０、光アイソレータ１２０ｂ、及び出力側カプラ１１０ｂを備えるとともに、ＥＤＦ１４０の所定波長の励起光を供給するための励起光光源であるＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）２１０と、利得一定制御など、当該光増幅器の利得を制御するための利得制御回路をさらに備える。また、この利得制御回路は、入力側光検出器２００ａ、出力側光検出器２００ｂ、利得一定制御を行うＡＧＣ回路（制御系）２５０に含まれる比較器２３０、及び駆動回路２２０を備え、その基本構成は、図２に示された利得制御回路と同様である。
【００５６】
特に、この第２実施形態に係る光増幅器は、上記入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂの少なくともいずれかが設置された環境の雰囲気温度を測定するための温度センサ２６０をさらに備えた点で、上述の第１実施形態と異なる。この第２実施形態におけるＡＧＣ回路２５０は、当該ＡＧＣ回路２５０に含まれる比較器２３０から駆動回路２２０へ供給される電圧を、温度センサ２６０の測定結果に基づいて逐次補正する構成を備えている。
【００５７】
温度が変化すると、当該利得制御回路の温度ドリフトにより、上記式（３）及び式（４）の関係が変化する場合がある。上記式（３）及び式（４）の関係が変化すると光増幅器の増幅利得も変化してしまう。そこで、この第２実施形態に係る光増幅器（図４）では、温度変化に対して利得を安定制御するため、温度センサ２６０を設け、この測定結果に基づいて、ＡＧＣ回路２５０が、上記式（３）及び式（４）の少なくともいずれかにおける傾きあるいは切片を調整する。具体的には、図２に示された利得制御回路では、入射側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂの双方あるいは一方に、オフセット電圧（上記式（３）及び式（４）における切片に相当）を調節するためのオフセット電圧調節機構２０３ａ、２０３ｂが設けられており、ＡＧＣ回路２５０により、これら調節機構２０３ａ、２０３ｂが相対的に調節される（必ずしも両方のオフセット電圧を調節する必要はなく、少なくとも一方のオフセット電圧が固定された場合、他方のオフセット電圧のみ調節される）。
【００５８】
次に、図５は、この発明に係る光増幅器における第３実施形態の構成を示す図である。この第３実施形態に係る光増幅器も、上述の第１及び第２実施形態と同様に、入力端１００ａから出力端１００ｂに向かって順に配置された、入力側カプラ１１０ａ、光アイソレータ１２０ａ、合波器１３０、光増幅媒体であるエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）１４０、光アイソレータ１２０ｂ、及び出力側カプラ１１０ｂを備えるとともに、ＥＤＦ１４０の所定波長の励起光を供給するための励起光光源であるＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）２１０と、利得一定制御など、当該光増幅器の利得を制御するための利得制御回路をさらに備える。また、この利得制御回路は、入力側光検出器２００ａ、出力側光検出器２００ｂ、利得一定制御を行うＡＧＣ回路（制御系）２７０に含まれる比較器２３０、及び駆動回路２２０を備え、その基本構成は、図２に示された利得制御回路と同様である。
【００５９】
特に、この第３実施形態に係る光増幅器は、ＥＤＦ１４０の信号出力端と出力側カプラ１１０ｂとの間に設けられた利得等価器（ＧＥＱ：　Ｇａｉｎ　Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）１５０をさらに備えた点で、上述の第２実施形態と異なる。なお、この第３実施形態では、ＡＧＣ回路２７０が増幅前信号光と増幅後信号光をモニタし、逐次入力側光検出器２００ａ及び出力側光検出器２００ｂのオフセット電圧を調節するよう構成されているが、第１実施形態と同様に、予め各光検出器２００ａ、２００ｂのオフセット電圧が調節された構成であってもよい。
【００６０】
光増幅媒体であるＥＤＦ１４０は、利得に対して波長依存性を有する。したがって、ＷＤＭ信号光を増幅する際の波長による利得バラツキを低減するため、この第３実施形態に係る光増幅器では、上記ＥＤＦ１４０の利得スペクトルと同形状の損失スペクトルを有するＧＥＱ１５０を備える。ＧＥＱ１５０は、ＥＤＦ１４０の信号出力端と出力側カプラ１１０ｂとの間に挿入されるのが好ましい。出力側カプラ１１０ｂの下流（出力側カプラ１１０ｂと出力端１００ｂとの間）にこのＧＥＱ１５０が挿入された場合、あるいはＧＥＱ１５０が適用されていない場合には、光増幅器に入力されるＷＤＭ信号光が各波長チャネルにおいて均一なレベルを有していても、出力側カプラ１１０ｂによって分岐された光（出力側光検出器２００ｂの検出対象）は各信号チャネル間でバラツキを有することになる。この場合、光増幅器の利得はＷＤＭ信号光の平均利得が所望の利得になるように制御される。よって、１チャネルの信号光の利得は複数チャネルのＷＤＭ信号光の平均利得とは異なる可能性が生じる。そこで、入力されたＷＤＭ信号光のチャネル数が変動するとＷＤＭ信号光の平均利得も変化するため、利得制御回路は、変化した平均利得が所望の利得になるように当該光増幅器の利得を制御し、結果的にＷＤＭ信号の各信号チャネルにおける利得が変化してしまう可能性がある。
【００６１】
一方、図５に示されたように、この第３実施形態に係る光増幅器では、ＥＤＦ１４０と出力側カプラ１１０ｂとの間にＧＥＱ１５０が挿入されているので、出力側カプラ１１０ｂによって分岐された光（出力側光検出器２００ｂの検出対象）の波長依存性がなくなり（各信号チャネル間の利得バラツキが低減される）、ＷＤＭ信号光の信号チャネル数が変化しても、ＥＤＦ１４０を伝搬しているＷＤＭ信号の利得を一定に制御することが可能になる。
【００６２】
なお、入力側及び出力側カプラ１１０ａ、１００ｂの各分岐ポート透過率Ｔ１、Ｔ２に波長依存性があると、入力されるＷＤＭ信号光の各信号チャネル間で利得バラツキが生じることになる（上記式（３）あるいは式（４）参照）。例えば、信号波長帯域幅３０ｎｍにおいて、各信号チャネルにおける利得変動を±１ｄＢ以下に抑えるためには、入力側カプラ１１０ａの分岐ポート透過率Ｔ１と出力側カプラ１１０ｂの分岐ポート透過率Ｔ２の波長依存性の差を±１ｄＢ／３０ｎｍ以下に抑制する必要がある。また、チャネル波長に依存することなく各信号チャネルにおける利得を一定に制御するためには、入力側カプラ１１０ａと出力側カプラ１１０ｂは、それぞれ分岐ポート透過率Ｔ１、Ｔ２に波長依存性を有しないものであるか、あるいは同じものが適用される必要がある。
【００６３】
このような光増幅器は、ＷＤＭ信号光を伝送する光通信システムに適しており、特に、該ＷＤＭ信号光中のチャネル分岐あるいはチャネル挿入を実現する手段を有するシステムに適している。
【００６４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、増幅前の信号光の一部と増幅後の信号光の一部を電気信号としてそれぞれ検出する光検出器において、入力光パワーと出力電圧との線形関係を、予めあるいは逐次的に調節することにより、これら光検出器からの出力を利得制御の入力データとして直接利用する。これにより、従来技術のような対数増幅器を必要としない線形制御回路が実現可能になり（入力光パワーに依存することなく制御回路の利得は一定）、より簡易な構成（低コスト化）で高速な利得制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光増幅器における第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】この発明に係る利得制御回路の基本構成を示す図である。
【図３】この発明に係る利得制御方法の効果を説明するための図である。
【図４】この発明に係る光増幅器における第２実施形態の構成を示す図である。
【図５】この発明に係る光増幅器における第３実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００ａ…入力端、１００ｂ…出力端、１１０ａ…入力側カプラ、１１０ｂ…出力側カプラ、１２０ａ、１２０ｂ…光アイソレータ、１３０…合波器、１４０…ＥＤＦ、１５０…ＧＥＱ、２００ａ…入力側光検出器、２００ｂ…出力側光検出器、２０１ａ、２０１ｂ…ＰＤ、２０２ａ、２０２ｂ…演算増幅器、２０３ａ、２０３ｂ…オフセット電圧調節機構、２１０…ＬＤ、２２０…駆動回路、２３０…比較器、２４０、２５０、２７０…ＡＧＣ回路、２６０…温度センサ。
【図１】
2004095857.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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