(57)【要約】【課題】  自動利得制御と自動出力パワーレベル制御の機能により、入力チャンネル数や入力パワーの変動に関係せず一定のチャンネル別出力を得ること。【解決手段】  ３段の増幅部（１００，２００，３００）からなる光ファイバ増幅器におけるＡＧＣ（５００）とＡＬＣを実現するため、入力光パワーまたは特定波長の入力光パワーをモニターして制御部（５３０）でその変化を認識した後、ルックアップテーブル（５４０）から入力に適合するポンプレーザーダイオード（２３０）の電流値を読み出して、この値に合うようにポンプレーザーダイオード（２３０）を駆動する。この時、初段増幅部（１００）のポンプパワーは一定とし、第２段または第３段増幅部（２００，３００）のポンプパワーのみを調節すると共に、第２段増幅部（２００）のラマン増幅用ＤＣＦ（２１０）の遅延時間に合わせて制御部の動作を遅らせる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、
第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、
第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２段増幅部から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部と、
前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信して入力光パワーの変化有無をチェックする自動利得制御部と
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、
第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、
第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２段増幅部から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部と、
前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信して特定チャンネルの入力光パワーの変化有無をチェックする自動出力パワーレベル制御部と
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
入力光パワーの変化時、前記自動利得制御部は、前記第１段増幅部の前記第１ポンプレーザーダイオードのポンプ光を固定させたまま、前記第２段増幅部の前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３段増幅部の前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の利得を得るようにし、
入力光パワーの変化時、前記自動出力パワーレベル制御部は前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信して特定チャンネルの入力光パワーの変化有無をチェックし、特定チャンネルの入力光パワーの変化時、前記第１段増幅部の前記第１ポンプレーザーダイオードのポンプ光を固定させたまま、前記第２段増幅部の前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３段増幅部の前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の出力パワーレベルを得るようにすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記第２光ファイバは分散補償光ファイバであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記第１光ファイバまたは前記第３光ファイバはエルビウム添加光ファイバであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
前記第２段増幅部と前記第３段増幅部の間に連結され、出力の利得を平坦にする利得平坦化フィルタを備えたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項７】
前記自動利得制御部は、
前記第１段増幅部の入力光の一部を受信して、入力される光のパワーに対応する電気信号を出力する光検出器と、
前記光検出器から出力される電気信号に基づいて入力光パワーの変化有無をチェックし、変化した入力光のパワーに対応するポンプパワーで前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御する制御部と
を備えたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記制御部は、前記分散補償光ファイバの伝送遅延時間だけを遅延させて、前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項９】
前記自動利得制御部は、
前記制御部に入力される電気信号値に対応するポンプレーザーダイオードの駆動電流値を保存しているルックアップテーブルを備え、
前記制御部は、前記光検出器から出力される電気信号が変わったと判断された場合、前記電気信号値に対応するポンプレーザーダイオードの駆動電流値を前記ルックアップテーブルから検索して、検索された駆動電流値に基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１０】
前記自動出力パワーレベル制御部は、
前記第１段増幅部の入力光の一部を受信して特定チャンネルの光を波長抽出する光フィルタと、
該光フィルタから出力される特定チャンネルの光パワーに対応する電気信号を出力する光検出器と、
前記光検出器から出力される特定チャンネルの光パワーに対応する電気信号に基づいて特定チャンネルの光パワーの変化有無をチェックし、変化した特定チャンネルの光パワーに対応するポンプパワーで前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御する制御部と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１１】
前記制御部は、前記分散補償光ファイバの伝送遅延時間だけを遅延させて、前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御することを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１２】
前記自動利得制御部は、
前記制御部に入力される電気信号値に対応するポンプレーザーダイオードの駆動電流値を保存しているルックアップテーブルを備え、
前記制御部は、前記光検出器から出力される電気信号が変わったと判断された場合、入力電気信号値に対応するポンプレーザーダイオードの駆動電流値を前記ルックアップテーブルから検索して、検索された駆動電流値に基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御することを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１３】
第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２増幅器から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部とを備えた光ファイバ増幅器の制御方法において、
（ａ）前記第１段増幅部に入力される光の入力パワーの変化を検知する段階と、
（ｂ）変化した入力パワーに相当するポンプパワーを求める段階と、
（ｃ）前記求められたポンプパワーに基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の利得を得るようにする段階と
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項１４】
第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２段増幅部から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部とを備えた光ファイバ増幅器の制御方法において、
（ａ）前記第１段増幅部に入力される特定チャンネルの光入力パワーの変化を検知する段階と、
（ｂ）変化した特定チャンネルの光入力パワーに相当するポンプパワーを求める段階と、
（ｃ）前記求められたポンプパワーに基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の出力パワーレベルを得るようにする段階と
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項１５】
前記第２光ファイバは分散補償光ファイバであり、前記段階（ｃ）は前記分散補償光ファイバの伝送遅延時間だけを遅延させて、前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項１６】
前記段階（ａ）は、
前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信する段階と、
前記段階で入力される光のパワーに対応する電気信号を出力する段階と、
前記出力される電気信号値に基づいて入力光パワーの変化有無をチェックする段階と
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項１７】
前記段階（ａ）は、
前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信する段階と、
前記受信された光のうち特定チャンネルの光を波長抽出する段階と、
前記波長抽出された特定チャンネルの光パワーに対応する電気信号を出力する段階と、
前記出力される電気信号値に基づいて特定チャンネルの入力光パワーの変化有無をチェックする段階と
を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項１８】
前記段階（ｂ）は、
入力された電気信号値が変わったかどうかをチェックする段階と、
入力された電気信号値が変わった場合、ルックアップテーブルから前記電気信号値に対応するポンプレーザーダイオードの駆動電流値を検索する段階と
を備えたことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項１９】
前記段階（ｃ）は、
前記ルックアップテーブルから検索した駆動電流値に基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードを制御することを特徴とする請求項１８に記載の光ファイバ増幅器の制御方法。
【請求項２０】
入力光パワーの変化時、前記自動利得制御部は前記第１段増幅部の前記第１ポンプレーザーダイオードのポンプ光を固定させたまま、前記第２段増幅部の前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３段増幅部の前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の利得を得るようにすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項２１】
前記自動出力パワーレベル制御部は特定チャンネルの入力光パワーの変化時、前記第１段増幅部の前記第１ポンプレーザーダイオードのポンプ光を固定させたまま、前記第２段増幅部の前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３段増幅部の前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の出力パワーレベルを得るようにすることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パワー増幅器及びその制御方法に関し、より詳細には、３段の利得ブロックで構成された光ファイバ増幅器での利得及び出力パワーレベルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、インターネットの急速な発展により、伝送容量の需要が急激に増加しているため、開発が始まった波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送システムは、このような伝送容量需要を充足させるに十分な解決策として台頭している。
【０００３】
このような光伝送システムでは、光信号をより遠くまで伝達するために光信号を増幅する光増幅器が必要である。エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）や光ファイバによるラマン増幅器（ＦＲＡ）などの光ファイバ増幅器が広い利得帯域幅を有していて、ＷＤＭ伝送システム用の増幅器として有効に利用されている。
【０００４】
一方、最近の光伝送システムは伝送容量だけでなくネットワークシステムとしての適応性を有することが重要で、特に伝送容量の調節が可能でなければならない。この時、伝送容量は伝送信号光のチャンネル数として決定されるが、交換機能の一現象である連続動作中のチャンネル接続追加（ａｄｄ：アドまたは多重化）または接続終結（ｄｒｏｐ：ドロップまたは逆多重化）、つまり光多重度の変動によってシステムが影響を受けるのは困る。
【０００５】
しかし、既存のＷＤＭ光伝送システムに使われる光ファイバ増幅器では、光回線の交換動作に際して、信号光チャンネルの数が変わって入力光パワーが変われば、増幅器での利得が変わり、更に、出力に過渡応答が現れる問題があった。このような問題を解決するためには、光ファイバ増幅器の利得レベルを一定に維持する自動利得制御機能（ＡＧＣ）が必要である。
【０００６】
また、他の問題として、伝送スパン（中継区間）の構成変化や、その他環境的な要因によって伝送スパン損失が変化することがあるが、伝送スパン損失が変わると増幅器の入力が変わり出力値も変わるという問題があった。したがって、スパン損失によって入力が変わっても一定の出力を得られるようにする機能、つまり、自動出力パワーレベル制御機能（ＡＬＣ）も必要である。
【０００７】
光ファイバ増幅器（特にＥＤＦＡ）でＡＧＣ、ＡＬＣの機能を実現した結果が多くの論文、特許などで発表されている。３段の利得ブロックを有するＥＤＦＡで各利得ブロックの入出力をモニターした後、各利得ブロック別にＡＧＣ回路を用いてポンプレーザーダイオード（単に‘ポンプＬＤ’または‘励起用ＬＤ’と言う）の光パワーを調節することによってＡＧＣの機能を実現したものが提案されている（非特許文献１参照）。また、この非特許文献１は、最終出力で特定チャンネル用出力光成分を波長別に抽出して測定した後、この光パワーが一定であるように第１段と第２段の間に置かれた可変光減衰器を調整することによってＡＬＣの機能を実現したものである。
【０００８】
上述した非特許文献１に提示された方法以外にも多くの方式によるＡＧＣ、ＡＬＣの方法が報告されているが、上述した非特許文献１のように、ポンプＬＤの出力パワーを調節する方法が技術的に最も安定で、信頼できる方法であると知らされている。
【０００９】
【非特許文献１】Ｋ．  Ｍｏｔｏｓｈｉｍａ（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  １９，  Ｎｏ．  １１，  ｐｐ．  １７５９  １７６７，  Ｎｏｖ．  ２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した非特許文献１に記載された方法によると、ＡＧＣ及びＡＬＣを実現するために、各利得ブロック別に回路を追加して、利得及び出力光パワーレベルを一定に制御するためには、その分だけ回路が複雑になり、費用が増加するという問題があった。
【００１１】
また、従来の光増幅器によると、動作中のチャンネル追加／終結（ａｄｄ／ｄｒｏｐ：アド・ドロップ）により出力端で激しい過渡応答を示す問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な回路によりＡＧＣ、ＡＬＣ機能を実現して、入力チャンネル数や入力パワーに関係なく常に一定のチャンネル別出力を得るようにし、また出力端での過渡応答を軽減するようにした光ファイバ増幅器及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】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の光ファイバ増幅器は、第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２段増幅部から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部と、前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信して入力光パワーの変化有無をチェックし、入力光パワーの変化時、前記第１段増幅部の前記第１ポンプレーザーダイオードのポンプ光を固定したまま、前記第２段増幅部の前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３段増幅部の前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の利得を得るようにする自動利得制御部を備えたものである。
【００１４】
また、本発明の他の光ファイバ増幅器は、第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２段増幅部から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部と、前記第１段増幅部に入力される光の一部を受信して特定チャンネルの入力光パワーの変化有無をチェックし、特定チャンネルの入力光パワーの変化時、前記第１段増幅部の前記第１ポンプレーザーダイオードのポンプ光を固定したまま、前記第２段増幅部の前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３段増幅部の前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーを制御して一定の出力パワーレベルを得るようにする自動出力パワーレベル制御部を備えたものである。
【００１５】
一方、本発明の光ファイバ増幅器の制御方法は、第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２増幅器から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部とを備えた光ファイバ増幅器の制御方法であって、（ａ）前記第１段増幅部に入力される光の入力パワーレベルの変化を検知する段階と、（ｂ）変化した入力パワーレベルに相当するポンプパワーレベルを求める段階と、（ｃ）前記求められたポンプパワーレベルに基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーレベルを制御して一定の利得を得るようにする段階とを備えたものである。
【００１６】
一方、本発明の他の光ファイバ増幅器の制御方法は、第１光ファイバと第１ポンプレーザーダイオードを有し、入力光を所定利得で増幅する第１段増幅部と、第２光ファイバと第２ポンプレーザーダイオードを有し、前記第１段増幅部の出力光を受信してラマン利得を発生させる第２段増幅部と、第３光ファイバと第３ポンプレーザーダイオードを有し、前記第２段増幅部から出力される光を所定利得で増幅する第３段増幅部とを備えた光ファイバ増幅器の制御方法であって、（ａ）前記第１段増幅部に入力される特定チャンネルの光入力パワーレベルの変化を検知する段階と、（ｂ）変化した特定チャンネルの光入力パワーレベルに相当するポンプパワーレベルを求める段階と、（ｃ）前記求められたポンプパワーレベルに基づいて前記第２ポンプレーザーダイオードまたは前記第３ポンプレーザーダイオードのポンプパワーレベルを制御して一定の出力パワーレベルを得るようにする段階とを備えたものである。
【００１７】
また、追加的な特徴による光ファイバ増幅器の制御方法は、前記第２段増幅部の光遅延時間に対応するように適度の動作遅延を制御動作に加える段階を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、第１段増幅部のポンプパワーレベルを調節せずに第２段または第３段増幅部のポンプパワーレベルのみを調節してＡＧＣ、ＡＬＣの機能を実現することにより、より速い制御が可能である。また、第２段増幅部になるラマン増幅器を構成し、広帯域化に伴う歪みを補償するための分散補償光ファイバによる伝送遅延時間に対応して制御に要する時間を遅延させながら第２段または第３段増幅部のポンプパワーレベルを調節するために、出力に現れる過渡応答を顕著に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。  
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１による信号光の流れを示す光ファイバ増幅器の基本構造図である。図１に示すように、本発明の実施例１による光ファイバ増幅器の基本構造は３段の増幅部からなる構造を有している。
【００２１】
つまり、本発明の実施例１による光ファイバ増幅器は、第１段増幅部であるエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１００と、第２段増幅部として分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）を逆方向励起してラマン利得を得るようにした分散補償ラマン増幅器（ＤＣＲＡ）２００と、第３段増幅部として高い出力パワーを得られるように構成されたＥＤＦＡ３００の３段の増幅部とからなる構造を有している。
【００２２】
また、利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）４００がＤＣＲＡ２００とＥＤＦＡ３００の間に連結されて、出力利得の波長特性が平坦であるようにした。
【００２３】
図１で、第１段増幅部１００は、光ファイバコネクタ１１０と、光アイソレータ１２０と、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）１３０と、カプラー１４０及びポンプレーザーダイオード１５０を含む。
【００２４】
ＥＤＦ１３０は、光ファイバコネクタ１１０と光アイソレータ１２０を通じて光を受信し、ポンプＬＤ１５０は光を励起させて、励起光を、カプラー１４０を通じてＥＤＦ１３０に逆方向に入射させて利得を発生させる。光アイソレータ１２０は、ＥＤＦ１３０から光ファイバコネクタ１１０への後方反射の影響をなくすために連結される。
【００２５】
図１では逆方向励起方法を利用しているが、前方励起または両方向励起など励起方法を変化することができる。本発明の実施例でポンプ光の波長は９８０ｎｍとした。
【００２６】
図１で、第２段増幅部である分散補償光ファイバ増幅器２００は、分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）２１０と、カプラー２２０及びポンプレーザーダイオード２３０を含む。
【００２７】
ＤＣＦ２１０は、単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）における波長広帯域化に伴う歪みを補償するための分散補償を第１の目的として用いられる。この時、ＤＣＦ２１０の長さは、受信信号の中継区間長と敷設環境及び光ファイバ特性に応じて決定することが望ましいので、ＤＣＦモジュールを容易に取り替えられるように光ファイバコネクタで連結する。
【００２８】
ポンプＬＤ２３０は通常１個のＬＤを用いるが、複数個のＬＤを組み合わせてもよい。ＬＤから放射されるポンプ光（励起光）は、信号光がラマン利得を得られるように適切なポンプ波長と光パワーを有し、一個または数個の波長を有することができる。
【００２９】
本発明の実施例１でポンプＬＤは、偏光解消器（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を利用したり、同じ波長であるが互いに異なる偏光を有する２個のＬＤを偏光ビーム結合器（ＰＢＣ）で結合して、ラマン利得に偏光依存性が生じないようにした。
【００３０】
ポンプＬＤ２３０から出てきた励起光は、カプラー２２０を通じてＤＣＦ２１０に信号光とは逆の方向に入射され、この時信号光はラマン利得を得て出力される。
【００３１】
図１で、第３段増幅部であるＥＤＦＡ３００は、ポンプＬＤ３２０、３５０、ＥＤＦ３３０、カプラー３１０、３４０を含む。
【００３２】
ＥＤＦ３３０はポンプＬＤ３２０、３５０によって励起され、ポンプＬＤ３２０、３５０から出てきた励起光は各々カプラー３１０、３４０を通じてＥＤＦ３３０に両方向から入射される。図２で、ＥＤＦＡ３００は両方向励起方法を利用しているが、前方励起または逆方向励起のみを利用することができる。本発明の実施例１でポンプＬＤ３２０は９８０ｎｍ、ポンプＬＤ３５０は１４８０ｎｍ波長を利用した。
【００３３】
図１で説明した光ファイバ増幅器は、入力パワーの変化によって信号光が得る利得が変わるので自動利得制御（ＡＧＣ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｇａｉｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）が必要となる。
【００３４】
図２は、自動利得制御機能を有する本発明の実施例１による光ファイバ増幅器の構造を示す図である。図２に示すように、本発明の実施例１による光ファイバ増幅器は、第１（初）段増幅部であるＥＤＦＡ１００と、第２段増幅部である分散補償ラマン増幅器（ＤＣＲＡ）２００と、第３段増幅部であるＥＤＦＡ３００と、利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）４００と自動利得制御部５００とを含む。
【００３５】
本発明の実施例１による、ＥＤＦＡ１００、ＤＣＲＡ２００、ＥＤＦＡ３００及び利得平坦化フィルタ４００の機能及び役割は、図１で説明した機能及び役割とほとんど同一であり、以下では重複する説明は省略する。
【００３６】
図２で、自動利得制御部５００は、タップ５１０と、光検出器（ｐｈｏｔｏ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ；‘ＰＤ’という）５２０と、制御部５３０と、ルックアップテーブル５４０を含む。
【００３７】
光ファイバコネクタ１１０を通じて入射される入力光のうちの一部が分岐用タップ５１０を通じて自動利得制御部５００に入力される。光検出器であるＰＤ５２０はタップ５１０を通じて入力される光のパワーに対応する電気信号を出力する。図２で、Ｌ１はタップ５１０から光検出器５２０に連結されて光信号が伝達される光ファイバであり、複数のＬ２は、いずれも電気信号を伝達する信号線である。
【００３８】
制御部５３０は、光検出器５２０から出力される電気信号を受信し、入力光パワーに対応する電気信号に基づいて入力光が変わったかどうかを判定する。ルックアップテーブル５４０は制御部５３０に入力される電気信号値に対応するポンプＬＤの最適駆動電流値を保存している。ただし、この保存電流値は最適値でなくても差し支えない。
【００３９】
図３は、本発明の実施例１による利得制御方法を示すフローチャートを示す図である。図３に示すように、まず、制御部５３０は入力パワーの変化を検知し（Ｓ１００）、ルックアップテーブル５４０を検索して変化した入力パワーに相当するポンプパワーを探し出す（Ｓ１２０）。そして、ＤＣＦ内部の伝送時間（伝送遅延時間）に対応して制御動作を遅延させた後（Ｓ１３０）、ルックアップテーブル５４０から探し出したポンプパワー最適値に基づいてポンプレーザーダイオード２３０のポンプパワーを調節する（Ｓ１４０）。制御部は、このような利得制御を反復的に行なうために、Ｓ１００に戻る（Ｓ１５０）。
【００４０】
本発明の実施例１による利得制御方法をより具体的に説明すれば、制御部５３０の入力信号が変わったと判断した場合、変化した入力値に合うポンプＬＤ２３０の駆動電流をルックアップテーブル５４０から読み出す。そして、制御部５３０は分散補償ファイバ２１０を信号光が通過するに要する時間だけ（または対応する時間だけ）動作を遅延させて、ルックアップテーブル５４０から読み出したポンプ電流値によってポンプＬＤ２３０を駆動する。この時、本発明の実施例１によると、前段増幅部１００のポンプＬＤのパワーは調節せず、ＤＣＲＡ２００のポンプＬＤ２３０とＥＤＦＡ３００のポンプＬＤのみを調節する。また、本発明の実施例１によると、特定入力光パワーレベルでは第１段増幅部１００のポンプＬＤのパワーとＤＣＲＡ２００のポンプＬＤ２３０のパワーを固定させたまま、ＥＤＦＡ３００のポンプＬＤのみを調節して全体的な利得を制御することもできる。
【００４１】
本発明の実施例１によると、タップ５１０と光検出器５２０のような装置を前段増幅部１００の出力、ＤＣＲＡ２００の入出力、ＥＤＦＡ３００の入出力に連結して各位置での光パワーをモニターすることもできる。
【００４２】
図４は、自動利得制御機能を動作させない時の出力での過渡応答波形を示す図で、図５は、本発明の実施例１によって自動利得制御機能を動作させる時の出力での過渡応答波形を示す図である。
【００４３】
図４及び図５では、入力チャンネル数を８０個から４０個に（つまりパワーが半減するので、３ｄＢ減少と表現する）減少した後に４０個から８０個に増加（３ｄＢ増加）させており、この時の入力パワーはチャンネル当り−２１ｄＢｍとした。
【００４４】
図４は、入力チャンネル数が３ｄＢ減少した後に３ｄＢ増加した時、第１段、第２段（ＤＣＲＡ）、第３段（ＥＤＦＡ）の各段の出力が、生き残って接続されているチャンネルでの過渡応答波形を示している。図４から、一部チャンネルを終結（ｄｒｏｐ）させた後に残っているチャンネルの出力が大きくなることが分かる。
【００４５】
図４で、第１段の出力はチャンネル終結（ｄｒｏｐ）が発生した後、直ちに出力が変わりはじめて、ある程度時間が経過した後、一定の値に至る。これに比べて、ＤＣＲＡ（第２段）とＥＤＦＡ（第３段）の出力はチャンネル終結（ｄｒｏｐ）が発生した後、出力が変わりはじめるまで時間遅延があるが、これが信号光のＤＣＦでの伝送遅延時間に相当する。ＥＤＦＡ（第３段）の出力がハイブリッド光ファイバ増幅器（ＨＦＡ）の最終出力であるが、入力が３ｄＢ減少した時に残っているチャンネルの出力増加は３．２ｄＢに達することが見られる。このような出力変化は伝送に影響を与えて安定な伝送を不可能にする。
【００４６】
図５は、本発明の実施例１によって自動利得制御機能を動作させた時、出力での過渡応答特性を示している。図４と同様に入力チャンネル数は３ｄＢ減少の後に３ｄＢ増加した。
【００４７】
図５で、第１段増幅部のポンプパワーは変化がないので第１段の出力もやはり図４の結果と同一である。また、図５の実験ではＤＣＲＡ（第２段）のポンプパワーを固定しており、これによりＤＣＲＡ（第２段）の出力模様もまた図４の結果と同一になる。
【００４８】
本発明の実施例１によると、チャンネル終結（ｄｒｏｐ）が発生した後、出力が変わりはじめた時までの時間遅延を考慮してポンプＬＤの利得を制御するので、残っているチャンネルの出力模様は図５のようになる。図５から、３ｄＢ入力が変わる時に残っているチャンネルの出力変化は１．５ｄＢ以下で瞬間的に利得が調節され、また、過渡応答特性が好ましい状態に抑制されたことを確認することができる。
【００４９】
図６は、本発明の実施例１よって自動利得制御機能が動作する光ファイバ増幅器での利得（Ｇ）と雑音指数（ＮＦ）を測定した図である。図６では合計入力が−２ｄＢｍである時、利得と雑音指数（ＮＦ）を測定した値である。図６で、利得値はチャンネルによって変動するが大略２５ｄＢを有し、０．５ｄＢ以下の偏差を有する。そして、ＮＦは５ｄＢ以下の値を有した。
【００５０】
チャンネル数が３ｄＢ減少して合計入力が−５ｄＢｍである場合、利得値は減少前と同様に一定であるが、ＮＦ値は低くなったことが分かる。更に入力チャンネル数が３ｄＢ減少（ｄｒｏｐ）して合計入力が−８ｄＢｍである場合、やはり利得値は前の場合と同一であるが、ＮＦはさらに小さくなったことが分かる。
【００５１】
この結果は前述した第１段のポンプパワーを固定したまま、ＤＣＲＡとＥＤＦＡのポンプパワーのみを調節する本発明で提示する自動利得制御方法の長所をよく示している。つまり、一定の利得値を得ながら、減少後に残っているチャンネルではさらに小さいＮＦ値を得ることができる。
【００５２】
以上で説明したように、本発明の実施例１による利得制御方法はＥＤＦＡで利得ブロック別に各々自動利得制御回路によって制御する方法（非特許文献１参照）に比べて次のような長所を有する。
【００５３】
第一に、光ファイバ増幅器の入力のみをモニターして自動利得制御を行うので、各利得ブロック別に各々入出力をモニターする従来技術より回路が簡単であるという長所がある。
【００５４】
第二に、ＤＣＦでの伝送遅延時間せて制御動作も遅らせるので、信号光の到着時間に合せてＤＣＲＡとＥＤＦＡのポンプパワーを調節でき、出力での過渡応答現象を顕著に減少させることができる。
【００５５】
既存のＥＤＦＡでは信号光が利得ブロックに到達した後、制御部で演算を始めてポンプパワーを調節するまで時間遅延が生じるので、過渡応答現象が相対的に大きく示されるしかなく、これを向上させるためには、応答速度が非常に速い制御部または自動利得制御回路を利用するべきであった。
【００５６】
第三に、第１段のポンプパワーが固定されているので、入力チャンネル数が減少する場合に第１段の利得は大きくなり、これにより第１段階の雑音指数はさらに小さくなる。
【実施例２】
【００５７】
図７は、自動出力パワーレベル制御機能を有する本発明の実施例２による光ファイバ増幅器の構造を示す図である。図７に示すように、本発明の実施例２による光ファイバ増幅器は、第１段増幅部であるＥＤＦＡ１００と、第２段増幅部である分散補償ラマン増幅器（ＤＣＲＡ）２００と、第３段増幅部であるＥＤＦＡ３００と、利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）４００と、自動出力パワーレベル制御部６００を含む。
【００５８】
本発明の実施例２による、ＥＤＦＡ１００、ＤＣＲＡ２００、ＥＤＦＡ３００及び利得平坦化フィルタ４００の機能及び役割は、図１で説明した機能及び役割とほとんど同一であり、以下では重複する説明は省略する。
【００５９】
図７で、自動出力パワーレベル制御部６００は、タップ６１０と、光フィルタ６２０と、光検出器６３０と、制御部６４０と、ルックアップテーブル６５０を含む。
【００６０】
光ファイバコネクタ１１０を通じて入射される入力光中の一部がタップ６１０を通じて自動出力パワーレベル制御部６００に入力される。光フィルタ６２０はタップ６１０から分離された入力光パワーから特定波長の光パワーのみを抽出して通過させる。この時の光フィルタ６２０によって抽出される特定波長は信号チャンネル中の一つであるか、直前スパンの光増幅器で付加的に送った信号光バンド以外の波長であることもある。
【００６１】
ここで、タップ６１０と光フィルタ６２０は２つの機能を同時に行うことができるＷＤＭカプラーで置き換えることもできる。
【００６２】
光検出器６３０は、光フィルタ６２０を通過した特定波長の光パワーに対応する電気信号を出力する。
【００６３】
制御部６４０は、光検出器６３０から出力される特定入力チャンネルの光パワーに対応する電気信号を受信し、受信された電気信号に基づいて特定入力チャンネルの入力光が変わったかどうかを判定する。ルックアップテーブル６５０は制御部６４０に入力される電気信号値に対応するポンプＬＤの駆動電流値を保存している。
【００６４】
図８は、本発明の実施例２による自動出力レベル制御方法を示す図である。図８に示すように、まず、制御部６４０は特定入力チャンネルのパワー変化を検知し（Ｓ２００）、ルックアップテーブル５４０を検索して変化した特定入力チャンネルパワーに相当するポンプパワー値を探し出す（Ｓ２１０）。そして、ＤＣＦの伝送遅延時間に相当する時間だけ制御動作を遅延させた後（Ｓ２２０）、ルックアップテーブル６５０から検索したポンプパワー値に基づいてポンプＬＤのポンプパワーを調節する（Ｓ２３０）。そして、制御部は、この利得制御動作を反復的に行なう（Ｓ２４０）。
【００６５】
本発明の実施例２による出力レベル制御方法をより具体的に説明すれば、制御部６４０が特定チャンネルのパワーに対応する入力信号が変わったと判断した場合、変化した入力値に合うポンプＬＤ２３０の駆動電流をルックアップテーブル６５０から読み出す。そして、制御部６４０は分散補償ファイバ２１０の伝送遅延時間だけ制御動作を遅延させて、ルックアップテーブル６５０から読み出したポンプ電流値に応じてポンプＬＤ２３０を駆動する。この時、本発明の実施例２によると、初段増幅部１００のポンプＬＤのパワーは調節せず、第２段ＤＣＲＡ２００のポンプＬＤ２３０と第３段ＥＤＦＡ３００のポンプＬＤのみを調節する。また、本発明の実施例２によると、特定入力光パワーレベルでは第１段増幅部１００のポンプＬＤのパワーとＤＣＲＡ２００のポンプＬＤ２３０のパワーを固定したまま、ＥＤＦＡ３００のポンプＬＤのみを調節して全体的な利得を制御することもできる。
【００６６】
図９は、本発明の実施例２によって自動出力レベル制御機能が動作する光ファイバ増幅器での利得（Ｇ）と雑音指数（ＮＦ）を示している。  
入力が−２ｄＢｍ（８０チャンネル、チャンネル当り−２１ｄＢｍ）である時を基準に見れば、利得は２５ｄＢ、ＮＦは５ｄＢ以下に測定される。したがって、出力は２３ｄＢｍ、つまりチャンネル当り４ｄＢｍと測定された。スパン損失が変化して入力が＋１ｄＢｍ（チャンネル当り−１８ｄＢｍ）に変わった時の利得は２２ｄＢに測定されており、ＮＦは少し悪くなった。この時、出力は前の場合と同様に２３ｄＢｍであり、チャンネル当り４ｄＢｍが維持された。スパン損失が変化して入力が−８ｄＢｍ（チャンネル当り−２７ｄＢｍ）に変化した時の利得は３１ｄＢであり、ＮＦはさらに良くなった。この時の出力は２３ｄＢｍ、チャンネル当り４ｄＢｍで前と同一であった。この実験で、第１段の増幅器と第２段の増幅器のポンプパワーは変化させず、ＤＣＲＡのポンプパワーのみを変化させた。各場合で利得の偏差は０．５ｄＢで、波長変化に対する利得平坦度がよく維持されていることが分かる。つまり、スパン損失の変化が＋３〜６ｄＢで非常に大きい値で、ＤＣＲＡのポンプパワーのみを調節したことにもかかわらず利得平坦度がよく維持され、一定のチャンネル当り出力を得ることができる。
【００６７】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した構成に限定されるわけではなく、その他の様々な変更や変形が可能である。
【００６８】
例えば、本発明の実施例で説明した自動利得制御機能と自動出力レベル制御機能を同時に実現することもできるので、この場合には、図２及び図７に示した回路図を統合すればよい。このような統合構成は、本発明に当分野技術者であれば入力部分に素子などの連結を通じて容易に構成できることが分かる。
【００６９】
また、本発明の実施例では第１段及び第３段増幅部としてＥＤＦＡを使用したが、その他の増幅器、例えば、希土類添加光ファイバ増幅器、ラマン増幅器、半導体増幅器、導波路増幅器、パラメトリック増幅器などを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例による光ファイバ増幅器の基本的な構造を示す図である。
【図２】自動利得制御機能を有する本発明の実施例１による光ファイバ増幅器の構造を示す図である。
【図３】図２に示した光ファイバ増幅器において自動利得制御機能を遂行する過程を説明するフローチャートを示す図である。
【図４】自動利得制御機能が動作しない場合における各段増幅部出力の過渡応答波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例１によって自動利得制御機能が動作する場合における各段増幅部出力の過渡応答波形を示す図である。
【図６】本発明の実施例１によって自動利得制御機能が動作する光ファイバ増幅器での利得（Ｇ）と雑音指数（ＮＦ）を測定した結果をグラフに示す図である。
【図７】自動出力パワーレベル制御機能を有する本発明の実施例２による光ファイバ増幅器の構造を示す図である。
【図８】図７に示した光ファイバ増幅器において自動出力パワーレベル制御機能を遂行する過程を説明するフローチャートを示す図である。
【図９】本発明の実施例２による自動出力パワーレベル制御機能が動作する光ファイバ増幅器での利得（Ｇ）と雑音指数（ＮＦ）を測定したグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００  エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
１１０  光ファイバコネクタ
１３０  エルビウム添加光ファイバ
１４０  カプラー
１５０  ポンプレーザーダイオード（ポンプＬＤ）
２００  分散補償ラマン増幅器（ＤＣＲＡ）
２１０  分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）
２２０  カプラー
２３０  ポンプレーザーダイオード
３００  ＥＤＦＡ
３１０，３４０  カプラー
３２０，３５０  ポンプＬＤ
３３０  ＥＤＦ
４００  利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）
５００  自動利得制御部（ＡＧＣ）
５１０  タップ
５２０  光検出器
５３０  制御部
５４０  ルックアップテーブル
６００  自動出力パワーレベル制御部（ＡＬＣ）
６１０  タップ
６２０  光フィルタ
６３０  光検出器
６４０  制御部
６５０  ルックアップテーブル
【図１】
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【図２】
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【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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