(57)【要約】【課題】小型化が容易な簡易な構成で、信号光の伝搬遅延に伴う利得変動を抑えること。【解決手段】入力光パワ−検出手段と、出力光パワ−検出手段と、入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、入力光パワ−と出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、時刻ｔにおける、入力光パワ−の値をＰin（ｔ）、出力光パワ−の値をＰout（ｔ）、増幅利得の値をＧ（ｔ）、入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、利得制御手段における入出力光パワ−デ−タの信号処理時間差をτeとし、Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで記憶手段にて保持するとともに、増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求める。【選択図】    図１
2005317815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を備えた光ファイバ増幅器において、
前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、
前記光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、
前記入力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰout（ｔ）、前記増幅利得の時刻ｔにおける値をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτeとし、
前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、
前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求める、
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を備えた光ファイバ増幅器において、
前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、
前記光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、
前記入力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰout（ｔ）、前記増幅利得の時刻ｔにおける値をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτe、前記利得制御手段に於ける演算から該演算に基づいて励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcとし、
前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τe＋τcから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、
前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe＋τc）に基づいて求める、
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
少なくとも１つの光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を含む光ファイバ増幅部を１段とし、前記光ファイバ増幅部を前記信号光の伝搬方向に沿って複数段接続した多段光ファイバ増幅器において、
複数段接続された前記光ファイバ増幅部の内のいずれかの互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、
前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の内の最終段となる光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、
時刻ｔにおける入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおける出力光パワ−をＰout（ｔ）、前記利得制御手段にて求められた時刻ｔにおける増幅利得をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記最終段となる光ファイバ増幅部の利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτeとし、
前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、
時刻ｔにおける増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求める、
ことを特徴とする多段光ファイバ増幅器。
【請求項４】
少なくとも１つの光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を含む光ファイバ増幅部を１段とし、前記光ファイバ増幅部を前記信号光の伝搬方向に沿って複数段接続した多段光ファイバ増幅器において、
複数段接続された前記光ファイバ増幅部の内のいずれかの互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、
前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の内の最終段となる光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、
時刻ｔにおける入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおける出力光パワ−をＰout（ｔ）、前記利得制御手段にて求められた時刻ｔにおける増幅利得をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記最終段となる光ファイバ増幅部の利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτe、前記利得制御手段に於ける演算から該演算に基づいて励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcとし、
前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τe＋τcから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、
時刻ｔにおける増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe＋τc）に基づいて求める、
ことを特徴とする多段光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記伝搬時間τfが、前記信号処理時間差τeと前記制御遅延時間τcの和に対して２倍以上であることを特徴とする請求項２または４記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
少なくとも１つの光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を含む光ファイバ増幅部をＮ（Ｎは２以上の整数）段接続した多段光ファイバ増幅器において、
前記多段光ファイバ増幅器の初段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記初段の光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段を備え、
更に、前記光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅部各段の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段とを、
各光ファイバ増幅部毎に備えるとともに、
時刻ｔにおける前記入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおけるｎ段目（１≦ｎ≦Ｎ）の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−をＰnout（ｔ）、前記入力光パワ−検出手段に備えられた光カップラと前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτfn、前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτenとするとき、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τfn＋τenから時刻ｔまで保持するとともに、
時刻ｔにおける前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の増幅利得Ｇn（ｔ）をＰnout（ｔ）とＰin（ｔ−τfn＋τen）に基づいて求める、
ことを特徴とする多段光ファイバ増幅器。
【請求項７】
少なくとも１つの光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を含む光ファイバ増幅部をＮ（Ｎは２以上の整数）段接続した多段光ファイバ増幅器において、
前記多段光ファイバ増幅器の初段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記初段の光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段を備え、
更に、前記光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅部各段の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段とを、
各光ファイバ増幅部毎に備えるとともに、
時刻ｔにおける前記入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおけるｎ段目（１≦ｎ≦Ｎ）の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−をＰnout（ｔ）、前記入力光パワ−検出手段に備えられた光カップラと前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτfn、前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτen、前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の利得制御手段に於ける演算から該演算に基づいて励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcnとするとき、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τfn＋τen＋τcnから時刻ｔまで保持するとともに、
時刻ｔにおける前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の増幅利得Ｇn（ｔ）をＰnout（ｔ）とＰin（ｔ−τfn＋τen＋τcn）に基づいて求める、
ことを特徴とする多段光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記伝搬時間τfnが、前記信号処理時間差τenと前記制御遅延時間τcnの和に対して２倍以上であることを特徴とする請求項７記載の多段光ファイバ増幅器。
【請求項９】
光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を備えた光ファイバ増幅器の増幅利得を制御するプログラムであって、
前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の光パワ−を求める入力光パワ−検出手順と、
前記光ファイバ増幅器から出力される信号光の光パワ−を求める出力光パワ−検出手順と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する手順と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求める増幅利得算出手順と、
前記増幅利得と所望の目標利得との偏差を算出する利得偏差算出手順と、
前記利得偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流の補正量を算出する駆動電流補正量算出手順と、
前記補正量に基づいて新たな駆動電流設定値を算出する手順と、
前記新たな駆動電流設定値を出力し、励起用光源の出力を制御する制御出力手順を備え、
前記入力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける入力光パワ−の値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける出力光パワ−の値をＰout（ｔ）、前記利得制御手順で得られた時刻ｔにおける増幅利得の値をＧ（ｔ）、所定区間の信号光の伝搬時間をτf、前記入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτeとし、
前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで前記記憶手順にて保持するとともに、
前記増幅利得算出手順では前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求める、
ことを特徴とする光ファイバ増幅器の利得制御プログラム。
【請求項１０】
光ファイバ増幅媒体と少なくとも１つの励起用光源を備えた光ファイバ増幅器の増幅利得を制御するプログラムであって、
前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の光パワ−を求める入力光パワ−検出手順と、
前記光ファイバ増幅器から出力される信号光の光パワ−を求める出力光パワ−検出手順と、
前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する手順と、
前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求める増幅利得算出手順と、
前記増幅利得と所望の目標利得との偏差を算出する利得偏差算出手順と、
前記利得偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流の補正量を算出する駆動電流補正量算出手順と、
前記補正量に基づいて新たな駆動電流設定値を算出する駆動電流設定値算出手順と、
前記新たな駆動電流設定値を出力し、励起用光源の出力を制御する制御出力手順を備え、
前記入力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける入力光パワ−の値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける出力光パワ−の値をＰout（ｔ）、前記利得制御手順で得られた時刻ｔにおける増幅利得の値をＧ（ｔ）、所定区間の信号光の伝搬時間をτf、前記入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτe、前記増幅利得算出手順に於ける演算から前記利得偏差算出手順、駆動電流補正量算出手順、前記駆動電流設定値算出手順、前記制御出力手順を経て、励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcとし、
前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τe＋τcから時刻ｔまで前記記憶手順にて保持するとともに、
前記増幅利得算出手順では前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe＋τc）に基づいて求める、
ことを特徴とする光ファイバ増幅器の利得制御プログラム。
【請求項１１】
前記伝搬時間τfが、前記入力光パワ−検出のために挿入される光分岐カップラと前記出力光パワ−検出のために挿入される光分岐カップラ間を信号光が伝搬するのに要する時間であることを特徴とする請求項９または１０記載の光ファイバ増幅器の利得制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを増幅媒体として用いる光ファイバ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長分割多重伝送システムでは、多重化された波長信号の一部を信号チャネル単位で他の伝送路へ分離したり、逆に他の伝送路から波長信号チャネル単位で伝送路に合流することで、伝送路中の波長信号チャネル数が増減する。また、送信局側の波長信号チャネルの増設もしくは伝送路の障害等によっても、伝送路を伝搬する波長信号チャネル数が増減する。
【０００３】
このように波長信号チャネル数が増減する伝送システムで用いられる光ファイバ増幅器には、利得一定制御（ＡＧＣ：  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）が一般的に適用される。図１１に一般的な光ファイバ増幅器の構成を示す。光ファイバ増幅器９０８に入力する信号光Ｓinの光パワ−の一部と光ファイバ増幅媒体１から出力される信号光Ｓampの光パワ−の一部をそれぞれ光分岐カップラ４ａ、４ｂにて分岐し、分岐したそれぞれの信号光の光パワ−をフォトダイオ−ド５ａ、５ｂに入力し、フォトダイオ−ド５ａ、５ｂからの出力に基づいて求めた現利得が所望の目標利得になるように励起光源６の出力を制御する。
【０００４】
しかしながら、図１１に示す構成の光ファイバ増幅器９０８では、光分岐カップラ４ａと４ｂの間に光ファイバ増幅媒体１が存在するため、入力光パワ−の変化と出力光パワ−の変化の間に信号光の伝搬に伴う遅延が生じる。その結果、入力光パワ−が急激に変化した場合に過渡的に利得が大きく変化することになる。即ち、例えば入力光パワ−が波長信号チャネル数の増加により大きく増加した場合、その増加が出力光パワ−の増加として検出されるまでは、見掛け上の利得が著しく減少することになる。
【０００５】
光分岐カップラ４ａ、４ｂの間に光ファイバ増幅媒体１に加えて信号波形の成形のための分散補償ファイバが挿入されている場合や、１５６５〜１６２５nmといったＬバンド帯を増幅する場合、或いは集中型ラマン増幅器の場合には、光分岐カップラ４ａ、４ｂの間の伝搬遅延時間が大きくなるため、前述の見掛け上の利得変動が継続する時間も大きくなる。光ファイバ増幅器９０８が利得一定制御で利得制御されている場合には、この見掛け上の利得変動に対応して利得制御動作が行われるため、例えば図２のＡとして示すように利得のハンティングが生じ、伝送の信頼性を著しく阻害することになる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１２４７２５
【特許文献２】特開２００２−２６１３６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これを補償するために、図１２に示すように入力側光分岐カップラ４ａとフォトダイオ−ド５ａの間の光伝搬部に遅延手段、即ちファイバコイル１０を設けることが考えられている（特許文献１参照）。
【０００８】
しかし、一般的な光ファイバの最小曲げ半径は３０mmであるため、上記の光ファイバ増幅器の伝搬遅延時間に相当する遅延時間を得るためには数ｋｍから十数ｋｍの光ファイバを巻くことが必要となる。光ファイバを巻くボビンの一例を挙げると胴径が６０mm、鍔径が１７０mm、厚みが１０mm程度のものが使用される。このような大きさのボビンを使用して光ファイバコイル１０を作成するため、かなりの設置スペ−スを必要とする。近年の光ファイバ増幅器にも小型化が要求されている状況では、遅延補償のための光ファイバコイル１０という空間的にかなりのスペ−スを要する部品の設置は小型化の要求を実現するに当たって大きな障害となる。
【０００９】
また、分散補償ファイバは分散補償の対象となる伝送用光ファイバの特性によってその長さを調整する必要がある。これに対応して、遅延補償用の光ファイバもその長さを調整する必要が生じ、据付時の調整が煩雑となり、調整コストを増大させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために請求項１に記載の光ファイバ増幅器は、前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、前記光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、前記入力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰout（ｔ）、前記増幅利得の時刻ｔにおける値をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτeとし、前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求めることを特徴とする。
【００１１】
上記の光ファイバ増幅器においては、伝搬遅延補償を光ファイバコイルを用いることなく、実現することができる。
【００１２】
請求項２に記載の光ファイバ増幅器は、前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、前記光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅器の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、前記入力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−の時刻ｔにおける値をＰout（ｔ）、前記増幅利得の時刻ｔにおける値をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτe、前記利得制御手段に於ける演算から該演算に基づいて励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcとし、前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τe＋τcから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe＋τc）に基づいて求めることを特徴とする。
【００１３】
上記の光ファイバ増幅器においては、伝搬遅延補償に加えて制御遅延補償をも利得制御手段における設定変更により容易に実現することができる。
【００１４】
請求項３に記載の多段光ファイバ増幅器は、複数段接続された前記光ファイバ増幅部の内のいずれかの互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の内の最終段となる光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、時刻ｔにおける入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおける出力光パワ−をＰout（ｔ）、前記利得制御手段にて求められた時刻ｔにおける増幅利得をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記最終段となる光ファイバ増幅部の利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτeとし、前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、時刻ｔにおける増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求めることを特徴とする。
【００１５】
上記の光ファイバ増幅器においては、互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の、いずれかの光ファイバ増幅部間に分散補償ファイバなどの損失媒体を含む場合に、前記損失媒体による伝搬遅延に加えて、気温等による損失媒体の損失変動をも補償することができる。
【００１６】
請求項４記載の多段光ファイバ増幅器は、複数段接続された前記光ファイバ増幅部の内のいずれかの互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段と、前記互いに隣り合った少なくとも２段の光ファイバ増幅部の内の最終段となる光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記最終段となる光ファイバ増幅部の励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段を備えるとともに、時刻ｔにおける入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおける出力光パワ−をＰout（ｔ）、前記利得制御手段にて求められた時刻ｔにおける増幅利得をＧ（ｔ）、前記入出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτf、前記最終段となる光ファイバ増幅部の利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτe、前記利得制御手段に於ける演算から該演算に基づいて励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcとし、前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τe＋τcから時刻ｔまで前記記憶手段にて保持するとともに、時刻ｔにおける増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe＋τc）に基づいて求めることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の光ファイバ増幅器は、請求項２または４において前記伝搬時間τfが、前記信号処理時間差τeと前記制御遅延時間τcの和に対して２倍以上であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の多段光ファイバ増幅器は、前記多段光ファイバ増幅器の初段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記初段の光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段を備え、更に、前記光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅部各段の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段とを、各光ファイバ増幅部毎に備えるとともに、時刻ｔにおける前記入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおけるｎ段目（１≦ｎ≦Ｎ）の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−をＰnout（ｔ）、前記入力光パワ−検出手段に備えられた光カップラと前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτfn、前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτenとするとき、前記入力光パワ−の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τfn＋τenから時刻ｔまで保持するとともに、時刻ｔにおける前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の増幅利得Ｇn（ｔ）をＰnout（ｔ）とＰin（ｔ−τfn＋τen）に基づいて求めることを特徴とする。
【００１９】
上記の多段光ファイバ増幅器においては、光ファイバコイルを用いることなく、伝搬遅延補償を実現できることに加えて、入力光パワ−検出手段を１つ備えることで各段の光ファイバ増幅部の利得制御を行うことができ、多段光ファイバ増幅器を更に小型化することができる。
【００２０】
請求項７記載の多段光ファイバ増幅器は、前記多段光ファイバ増幅器の初段の光ファイバ増幅部に入力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記初段の光ファイバ増幅器の入力光パワ−を求める入力光パワ−検出手段を備え、更に、前記光ファイバ増幅部の光ファイバ増幅媒体から出力される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光の光パワ−を検出し、その検出結果に基づいて前記光ファイバ増幅部各段の出力光パワ−を求める出力光パワ−検出手段と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する記憶手段と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求め、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流を制御する利得制御手段とを、各光ファイバ増幅部毎に備えるとともに、時刻ｔにおける前記入力光パワ−をＰin（ｔ）、時刻ｔにおけるｎ段目（１≦ｎ≦Ｎ）の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−をＰnout（ｔ）、前記入力光パワ−検出手段に備えられた光カップラと前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記出力光パワ−検出手段に備えられた光カップラ間の信号光の伝搬時間をτfn、前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の前記利得制御手段における入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτen、前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の利得制御手段に於ける演算から該演算に基づいて励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcnとするとき、前記入力光パワ−の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τfn＋τen＋τcnから時刻ｔまで保持するとともに、時刻ｔにおける前記ｎ段目の光ファイバ増幅部の増幅利得Ｇn（ｔ）をＰnout（ｔ）とＰin（ｔ−τfn＋τen＋τcn）に基づいて求めることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の多段光ファイバ増幅器は、請求項７において前記伝搬時間τfnが、前記信号処理時間τenと前記制御遅延時間τcnの和に対して２倍以上であることを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の光ファイバ増幅器の増幅利得を制御するプログラムは、前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の光パワ−を求める入力光パワ−検出手順と、前記光ファイバ増幅器から出力される信号光の光パワ−を求める出力光パワ−検出手順と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する手順と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求める増幅利得算出手順と、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差を算出する利得偏差算出手順と、前記利得偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流の補正量を算出する駆動電流補正量算出手順と、前記補正量に基づいて新たな駆動電流設定値を算出する手順と、前記新たな駆動電流設定値を出力し、励起用光源の出力を制御する制御出力手順を備え、前記入力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける入力光パワ−の値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける出力光パワ−の値をＰout（ｔ）、前記利得制御手順で得られた時刻ｔにおける増幅利得の値をＧ（ｔ）、所定区間の信号光の伝搬時間をτf、前記入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτeとし、前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τeから時刻ｔまで前記記憶手順にて保持するとともに、
前記増幅利得算出手順では前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）に基づいて求めることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０記載の光ファイバ増幅器の増幅利得を制御するプログラムは、前記光ファイバ増幅器に入力される信号光の光パワ−を求める入力光パワ−検出手順と、前記光ファイバ増幅器から出力される信号光の光パワ−を求める出力光パワ−検出手順と、前記入力光パワ−の時系列デ−タを保存する手順と、前記入力光パワ−と前記出力光パワ−のデ−タに基づいて増幅利得を求める増幅利得算出手順と、前記増幅利得と所望の目標利得との偏差を算出する利得偏差算出手順と、前記利得偏差に基づいて前記励起用光源の駆動電流の補正量を算出する駆動電流補正量算出手順と、前記補正量に基づいて新たな駆動電流設定値を算出する駆動電流設定値算出手順と、前記新たな駆動電流設定値を出力し、励起用光源の出力を制御する制御出力手順を備え、前記入力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける入力光パワ−の値をＰin（ｔ）、前記出力光パワ−検出手順で得られた時刻ｔにおける出力光パワ−の値をＰout（ｔ）、前記利得制御手順で得られた時刻ｔにおける増幅利得の値をＧ（ｔ）、所定区間の信号光の伝搬時間をτf、前記入力光パワ−デ−タの信号処理時間と前記出力光パワ−デ−タの信号処理時間の差をτe、前記増幅利得算出手順に於ける演算から前記利得偏差算出手順、駆動電流補正量算出手順、前記駆動電流設定値算出手順、前記制御出力手順を経て、励起光パワ−が変化するまでに要する時間を制御遅延時間τcとし、前記入力光パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タを少なくとも時刻ｔ−τf＋τe＋τcから時刻ｔまで前記記憶手順にて保持するとともに、前記増幅利得算出手順では前記増幅利得Ｇ（ｔ）をＰout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe＋τc）に基づいて求めることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１記載の光ファイバ増幅器の増幅利得を制御するプログラムは、請求項９または１０において前記伝搬時間τfが、前記入力光パワ−検出のために挿入される光分岐カップラと前記出力光パワ−検出のために挿入される光分岐カップラ間を信号光が伝搬するのに要する時間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によって、光ファイバ増幅媒体を信号光が伝播することによる遅延を制御部の処理のみによって行うことができ、遅延補償用の光ファイバコイルが不要となり、光ファイバ増幅器の小型化が容易になる。
【００２６】
また、遅延補償についての調整は入力光パワ−の時系列デ−タの保存時間の設定の変更のみで対応可能であり、調整作業が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明を適用する基本的な構成である第１実施形態とこの第１実施形態の変形例として分散補償ファイバを併設した第２実施形態と、連続する複数段の光ファイバ増幅部に適用した第３実施形態と、多段光ファイバ増幅器全体に適用した第４実施形態について説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１実施形態である光ファイバ増幅器９０１の構成例である。光ファイバ増幅器９０１は、入出力用として用いられる伝送用光ファイバ３ａ、３ｂと、光ファイバ増幅媒体１と、励起用光源６と、励起用光源６の駆動回路７と、信号光と励起光を合波するための合波器２に加えて、入力信号光Ｓinの一部を分岐する光カップラ４ａと分岐された信号光の光パワ−を検出するフォトダイオ−ド５ａとから構成される入力光パワ−検出手段と、光ファイバ増幅媒体１から出力される信号光Ｓampの一部を分岐する光カップラ４ｂと分岐された信号光の光パワ−を検出するフォトダイオ−ド５ｂとから構成される出力光パワ−検出手段と、駆動回路７から励起用光源６に出力される駆動電流を制御する制御部８を含む利得制御手段と、制御部８内に備えられたメモリ９を含む記憶手段とから構成されている。
【００２９】
伝送用光ファイバ３ａから入力した信号光Ｓinは光分岐カップラ４ａにてその一部が分岐され、残りは光合波器２にて励起用光源６からの励起光と合波された後、光ファイバ増幅媒体１に入力される。光ファイバ増幅媒体１にて増幅された信号光Ｓampは光分岐カップラ４ｂにてその一部を分岐され、残りは伝送用光ファイバ３ｂから出力信号光Ｓoutとして出力される。光分岐カップラ４ａ、４ｂにて分岐された信号光はそれぞれフォトダイオ−ド５ａ、５ｂに入力される。フォトダイオ−ド５ａ、５ｂの出力を用いて信号光Ｓin、Ｓoutの光パワ−Ｐin（ｔ）、Ｐout（ｔ）を算出し、その変化をモニタする。光分岐カップラ４ａ、４ｂは信号光の波長域においてほぼ一定の分岐比が得られるように調整されているため、フォトダイオ−ド５ａ、５ｂそれぞれの出力から光ファイバ増幅器へ入力された信号光の光入力パワ−Ｐin（ｔ）と光ファイバ増幅器から出力された信号光の光出力パワ−Ｐout（ｔ）を知ることができる。光入力パワ−Ｐin（ｔ）の時系列デ−タは制御部８に内蔵されたメモリ９に記憶される。制御部８は、メモリ９からＰin（ｔ−τf＋τe）の値を読み出し、これとＰout（ｔ）から増幅利得Ｇ（ｔ）を算出し、これが所望の値になるように励起用光源６への駆動電流値を指示して励起光パワ−制御する。
【００３０】
上記の利得Ｇ（ｔ）の算出方法であるが、Ｐout（ｔ）とＰin（ｔ−τf＋τe）がｄＢｍ値として表される対数値の場合、一般的には式１によって算出される。また、ｍＷ単位などで表される線形値の場合には式２によって算出される。
【００３１】
Ｇ（ｔ）＝Ｐout（ｔ）−Ｐin（ｔ−τf＋τe）            (１)
【００３２】
Ｇ（ｔ）＝Ｐout（ｔ）／Ｐin（ｔ−τf＋τe）            (２)
【００３３】
図２に、本発明を適用した場合の各部の光パワ−の変化を、従来の制御方法を適用した場合と合わせて示す。尚、光増幅器は図１の構成とする。Ｔｙｐｅ  Ａは遅延補償を施していない場合、Ｔｙｐｅ  Ｂは伝搬遅延のみを補償した場合、Ｔｙｐｅ  Ｃは伝搬遅延と制御遅延の両方を補償した場合、Ｔｙｐｅ  Ｄは過渡変動が生じない理想的な動作をした場合を示している。
【００３４】
先ずＴｙｐｅ  Ａの場合について説明する。波長信号チャネル数の増加に伴う信号光の入力光パワ−Ｐinが時刻ｔ0に増加を開始する。この変化は、光分岐カップラ４ａとフォトダイオ−ド５ａを通じてＰin1として制御部８に認識される。ＰinとＰin1の間にはＡＤ変換等に起因する時間遅れτin'が存在する。Ｐinが時刻ｔ0に増加し始めてから伝搬時間τf後の時刻ｔ8に、出力光パワ−Ｐoutが増加を開始する。このＰoutの変化は、τoutだけ遅れたＰout1として制御部８に認識される。制御部８ではＰin1とＰout1に基づいて現利得Ｇを求める。従ってＴｙｐｅ  Ａの場合には、Ｐin1がｔ1からｔ7にかけて増加するに従って現利得Ｇは減少する。そして、時刻ｔ9からＰout1が増加するに伴って現利得Ｇも増加する。
【００３５】
上述の現利得Ｇの変化に対応して、利得を一定に保つように制御部８は励起用光源６の駆動電流を制御する。その結果、励起用光源６の出力Ｐpumpは、まず現利得Ｇの減少に対応して時刻ｔ1から制御遅延時間τcだけ遅れた時刻ｔ5から増加し始め、そして現利得Ｇの増加に対応して時刻ｔ9からτcだけ遅れた時刻ｔ13から減少し始める。
【００３６】
上述の励起用光源の出力Ｐpumpの変化によって、出力光パワ−はＰout'の如く変化する。Ｐout'は、先ず時刻ｔ8からｔ13まではＰpumpの影響が現れていないため、Ｐoutと同様に増加する。Ｐpumpが増加し始めた時刻ｔ5からτf経過したｔ13よりＰpumpの増加による利得の増加によってＰout'は更に増加し始める。その後、Ｐpumpの減少に伴って時刻ｔ21からＰout'は減少し始め、時刻ｔ23から所定の出力値に収束する。
【００３７】
出力光パワ−は全体としては上述の如く変化すると考えられるが、波長信号チャネル数の増加以前から入力されていた継続信号光の利得Ｇλsは次のように変化すると考えられる。先ず、時刻ｔ8からＰoutの増加と共にＧλsは減少する。これは、励起用光源６の出力が波長信号チャネル数の増加以前の状態のため、継続信号光の増幅に寄与する励起光のエネルギ−が減少することによる。時刻ｔ5から時刻ｔ13までの時間τfの間はＧλsの減少が続く。時刻ｔ13からは、Ｐpumpの増加に伴ってＧλsは増加に転じる。その後時刻ｔ21からは、Ｐpumpの減少に伴ってＧλsも減少し、時刻ｔ27で波長信号チャネル数の増加以前の利得に収束する。
【００３８】
次にＴｙｐｅ  Ｂの場合を説明する。本発明に関わる伝搬遅延補償を行うＴｙｐｅ  Ｂの場合には入力光パワ−デ−タはＡＤ変換後、一旦メモリ９に記憶されてから制御部８の演算部に読み出される。従って、Ｔｙｐｅ  Ｂの場合のＰinとＰin1の間の時間遅れはＴｙｐｅ  Ａの場合のτin'よりも大きく、τinとなる。また、Ｐout、Ｐout1の変化はＴｙｐｅ  Ａの場合と同様である。
【００３９】
Ｔｙｐｅ  Ｂでは伝搬遅延補償を行う。従って、時刻ｔ9における現利得Ｇの算出は時刻ｔ9におけるＰout1と時刻ｔ2におけるＰin1に基づいて行われる。時刻ｔ2と時刻ｔ9の間の時間がτf−τe（τe＝τin−τout）である。この伝搬遅延補償によって現利得Ｇは時刻ｔ9まで波長信号チャネル数の増加以前の値を保つ。時刻ｔ9以降の波長信号チャネル数の増加がＰout1に現れ出してからは、励起用光源６の出力Ｐpumpが変わっていないため、現利得Ｇは減少する。
【００４０】
上述の現利得Ｇの減少に対応して、時刻ｔ9から制御遅延時間τcだけ遅れた時刻ｔ13からＰpumpは増加し始める。
【００４１】
この結果、出力光全体の光パワ−Ｐout'は次のように変化する。時刻ｔ8から時刻ｔ21まではＰpumpの影響が現れていないため、Ｐoutと同じ変化である。時刻ｔ13から伝搬時間τfだけ経過した時刻ｔ21から、Ｐpumpの増加に伴ってＰout'は増加し、時刻ｔ27に所定の値に収束する。
【００４２】
また、継続信号光の利得Ｇλsは次のように変化する。時刻ｔ8から時刻ｔ14まではＴｙｐｅ  Ａの場合と同様にＧλsは減少し、時刻ｔ14以降は一旦一定の値となる。そして、時刻ｔ21からＰpumpの増加に伴ってＧλsは増加し、時刻ｔ27に波長信号チャネル数の増加以前の利得に収束する。
【００４３】
次にＴｙｐｅ  Ｃの場合について説明する。Ｔｙｐｅ  ＣではＴｙｐｅ  Ｂの伝搬遅延補償に加えて制御遅延も補償する。Ｔｙｐｅ  Ｃの場合も入力光パワ−デ−タはＡＤ変換後、一旦メモリ９に記憶されてから制御部８の演算部に読み出される。従って、Ｔｙｐｅ  Ｃの場合のＰinとＰin1の間の時間遅れはＴｙｐｅ  Ａの場合のτin'よりも大きく、τinとなる。また、Ｐout、Ｐout1の変化はＴｙｐｅ  Ａの場合と同様である。
【００４４】
Ｔｙｐｅ  Ｃでは上述の如く伝搬遅延補償と制御遅延補償を行う。従って、時刻ｔ6における現利得Ｇの算出は時刻ｔ6におけるＰout1と時刻ｔ2におけるＰin1に基づいて行われる。時刻ｔ2と時刻ｔ5の間の時間がτf−τe−τc（τe＝τin−τout）である。この遅延補償によって現利得Ｇは時刻ｔ5まで波長信号チャネル数の増加以前の値を保つ。時刻ｔ5から時刻ｔ9まではＰin1のみの増加のため、現利得Ｇは減少する。時刻ｔ9から時刻ｔ11はＰout1にＰinの増加が現れ出しているが、励起用光源６の出力Ｐpumpが変わっていないため、現利得Ｇは引き続き減少する。時刻ｔ11以降の現利得Ｇは、算出に用いるＰin1が時刻ｔ8以降は一定となっているため、時刻ｔ15までやや増加する
【００４５】
上述の時刻ｔ5以降の現利得Ｇの減少に対応して、時刻ｔ5から制御遅延時間τcだけ遅れた時刻ｔ9からＰpumpは増加し始める。
【００４６】
この結果、出力光全体の光パワ−Ｐout'は次のように変化する。時刻ｔ8から時刻ｔ17まではＰpumpの影響が現れていないため、Ｐoutと同じ変化である。時刻ｔ9から伝搬時間τfだけ経過した時刻ｔ17から、Ｐpumpの増加に伴ってＰout'は増加し、時刻ｔ27に所定の値に収束する。
【００４７】
また、継続信号光の利得Ｇλsは次のように変化する。時刻ｔ8から時刻ｔ14まではＴｙｐｅ  Ａの場合と同様にＧλsは減少し、時刻ｔ14以降は一旦一定の値となる。そしてＧλsは、時刻ｔ17からＰpumpの増加に伴って増加し、更に時刻ｔ23からはＰpumpの減少に伴って減少し、時刻ｔ27に波長信号チャネル数の増加以前の利得に収束する。
【００４８】
上記の３つの場合の継続信号光の利得Ｇλsの変化を比較すると、Ｔｙｐｅ  Ａではかなり大きなオ−バ−シュ−トを示していることから、実際の動作では何回かのオ−バ−シュ−トとアンダ−シュ−トを経てから収束すると考えられる。従ってＴｙｐｅ  Ａでは収束までに時間を要することが予想される。また、Ｔｙｐｅ  Ｂではオ−バ−シュ−トは生じていないことから、Ｔｙｐｅ  Ａよりも当初の利得に復帰してから収束するまでは比較的短時間であると思われるが、それまでの利得偏差が生じている状態が比較的長く続くことが予想される。Ｔｙｐｅ  Ｃでは、一旦当初の利得に復帰するまでの時間がＴｙｐｅ  Ｂよりも短く、その後のオ−バ−シュ−トもＴｙｐｅ  Ａよりも小さいことから、利得偏差が生じている状態も比較的短時間であり、且つ収束にも余り時間を要しないことが予想される。
【００４９】
従って、波長チャネル数の増減に伴う利得変動への対処としては、Ｔｙｐｅ  ＡよりもＴｙｐｅ  Ｂが望ましい制御であり、更にＴｙｐｅ  ＢよりもＴｙｐｅ  Ｃがより望ましい制御であると言える。
【００５０】
尚、実際の光ファイバ増幅器においてはフィ−ドバック制御が施されているため、上記の各パラメ−タの時系列変化は図２とは多少異なったものとなる。
【００５１】
図３に本発明の利得制御動作を実現するための制御プログラムのフロ−チャ−トの一例を示す。図３（ａ）は入力光パワ−の時系列デ−タをメモリに保存する部分である。ステップＳ１０１にて動作に必要な各種設定値の読み込みを行う。また、ここで予め求めておいた伝搬時間τf、信号処理時間差τeの読み込みも行う。更に制御遅延時間の補償も行う場合にはτcの読み込みもＳ１０１で行う。次に、ステップＳ１０２にてフォトダイオ−ド５ａの出力から得られた入力光パワ−Ｐin（ｔ）をデジタルデ−タとして読み込み、ステップＳ１０３にてその値をメモリ９に保存する。ここでメモリ９は少なくとも、ＷＡＲＤ・（τf−τe）／Δｔ＋１  （Ｂｉｔｅ）  （ＷＡＲＤ：ＡＤ変換のＷｏｒｄ数、Δｔ：サンプリング時間）が必要となる。このメモリ一杯までデ−タを記憶した後は最も古いデ−タを消して、最新のデ−タを記憶していく。
【００５２】
図３（ｂ）は図３（ａ）で保存した入力光デ−タと出力光パワ−デ−タから現利得を算出し、励起用光源６の駆動電流を制御する部分である。ステップＳ２０１にて動作に必要な各種設定値の読み込みを行う。Ｓ１０１と同様にここで予め求めておいた伝搬時間τf、信号処理時間差τeの読み込みも行い、更に制御遅延時間の補償も行う場合にはτｃの読み込みも行う。ステップＳ２０２では、デ−タ保持時間τf−τeを算出し、現時点からどれだけ前のＰinのデ−タを増幅利得計算に使用するかを求める。次にステップＳ２０３にて、ステップＳ１０３で保存された入力光パワ−の時系列デ−タの中から時刻（ｔ−τf＋τe）における値を読み出し、更にステップＳ２０４にて光出力パワ−デ−タＰout（ｔ）をフォトダイオ−ド５ｂの出力からＡＤ変換して読み込む。ステップＳ２０３とＳ２０４は順番はこの通りである必要はなく、光出力パワ−デ−タの読み込みを先に行っても良い。そしてステップＳ２０５にて、これらの値から時刻ｔに於ける現利得Ｇ（ｔ）を前述の式１や式２などを用いて算出し、ステップＳ２０６にて、Ｓ２０５で算出した現利得Ｇ（ｔ）と利得設定値Ｇsetの差Ｅを利得エラ−として算出する。ステップＳ２０７で、利得エラ−Ｅから所定のアルゴリズム、例えば図３（ｂ）のＳ２０７に示す式に基づいて励起用光源の駆動電流補正値ΔＩを算出し、そしてステップＳ２０８で新たな駆動電流値を算出して、その値をステップＳ２０９で励起用光源６の駆動回路７に出力する。
【００５３】
尚、制御遅延時間も補償する場合には入力光パワ−の時系列デ−タの中から読み出す値は時刻（ｔ−τf＋τe＋τc）の値とする。
【００５４】
ここで、入力光パワ−と出力光パワ−のＡＤ変換に於けるサンプリング周期は略同一の周期であることが望ましい。また、遅延時間τf−τeは予めサンプリング周期の値で割り切れる値にしておいてから設定することで、割り切れないときの処理を省略することができ、制御動作を高速化できる。制御遅延時間も補償する場合も同様にτf−τe−τcを予めサンプリング周期の値で割り切れる値にしておくことが望ましい。
【００５５】
図４は本発明の第２の実施形態の構成例である。第１の実施形態との相違は、光分岐カップラ４ａ、４ｂ間に光ファイバ増幅媒体１に加えて分散補償ファイバ１０が接続されていることであり、そのため伝搬時間τfが図１の場合よりも大きくなる。
【００５６】
図５に示す実験系にて、実際に構成した本発明の実施形態の動作を確認した。波長λ１〜λ８の８波の信号光源１００からの光を合波器１０２にて合波し、光ＳＷ１０３に入力する。光ＳＷ１０３からの出力と波長λsの残留信号光源１０１の出力を合波器１０５にて合波し、その出力を光分岐カップラ１０５にて一部を分岐した後、被測定光ファイバ増幅器１０６に入力する。被測定光ファイバ増幅器１０６からの出力の内、波長λsの信号光のみを狭帯域光フィルタ１０７にて抽出し、フォトダイオ−ド１０８に入力する。また、光分岐カップラ１０５にて分岐された信号光はフォトダイオ−ド１０９に入力する。フォトダイオ−ド１０８、１０９の出力をオシロスコ−プ１１０に入力し、フォトダイオ−ド１０９の出力を参照信号として、光ＳＷ１０３をＯＮ／ＯＦＦさせたときのフォトダイオ−ド１０８の出力の変化、即ち波長λＳの残留信号光パワ−のレベル変化を観測した。
【００５７】
被測定光ファイバ増幅器としては、図４に示す第２実施形態のものを用いた。被測定光ファイバアンプの構成条件及び動作条件は下記の通りである。
・伝搬遅延時間：４４μsec
・τe＋τc＝６００nsec
・分散補償ファイバでの損失を含めた増幅利得：２７dB
・入出力光パワ−のＡＤ変換におけるサンプリング周期：２５nsec
・遅延補償：伝搬遅延補償と遅延補償を同時に実施
【００５８】
上記の動作条件の内、τe＋τｃとは入力光パワ−がフォトダイオ−ド５ａに入力してから、それに対応した励起光が出力されるまでの時間とほぼ等しい。
【００５９】
上記の動作条件の下で、次のような測定を行った。光ＳＷ１０３をＯＮする（Ａｄｄ時）ことで、入力光パワ−を−２２dBmから−７dBmまで１５dB増加させた。また、逆に光ＳＷ１０３をＯＦＦする（Ｄｒｏｐ時）ことで、入力光パワ−を−７dBmから−２２dBmに減少させた。また、残留信号光の波長を１５３８．９８nmの場合と、１５４５．３２nmの場合について測定を行った。表１及び図６，７に実験結果を示す。
【００６０】
【表１】
2005317815.tif 000003
【００６１】
Ａｄｄ時、Ｄｒｏｐ時のいずれの場合でも残留信号光の利得の過渡変動を抑制することができた。
【００６２】
尚、本発明では入力光パワ−デ−タの時系列デ−タのみをメモリに保存している。従って、時間差τf―τe＞０或いはτf―（τe＋τc）＞０となる場合が本発明の適用対象となる。図１の構成で光ファイバ増幅媒体１がＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）の場合、そのＥＤＦの長さは使用条件にもよるが数ｍ〜数百ｍ程度である。従って、ＥＤＦの長さが短い場合には伝搬時間τfが短く、時間差τf―τe≦０或いはτf―（τe＋τc）≦０となることがある。その場合には遅延補償は行わないことになる。
【００６３】
伝搬遅延による過渡変動の大きさを測定した結果が図８である。図８は図４の構成において従来の制御方法を用いた場合に、分散補償ファイバ１０の長さを変えて伝搬時間を変化させたときのＡｄｄ時とＤｒｏｐ時の利得の過渡変動量を調べたものである。尚、このときの光ファイバ増幅器９０２ではτe＋τcは約６００nsecであった。
【００６４】
図８（ａ）は０．０１〜２０μsecでの測定結果であり、図８（ｂ）は５μsec以下の部分を拡大したものである。Ｄｒｏｐ時よりもＡｄｄ時の方が伝搬遅延時間の影響が大きい。また、約１．２μsecまではあまり大きな影響はないが、伝搬遅延時間がそれ以上になると特にＡｄｄ時に対してはほぼ直線的に利得変動量が増加している。また、約１．２μsecまでは伝搬遅延の影響があまり大きくない点についてであるが、伝搬遅延がほぼ０のとき、即ちτf―（τe＋τc）がほぼ−（τe＋τc）の時も利得変動量はあまり大きくない。このことから、−（τe＋τc）≦τf―（τe＋τc）≦τe＋τc、即ち、０≦τf≦２・（τe＋τc）の範囲では伝搬遅延に伴う利得の過渡変動量はあまり大きくないが、τf＞２・τcでは伝搬遅延の増加と共に利得の過渡変動量が大きくなり、従って、本発明に関わる遅延補償を行う必要性が大きくなることが分かる。
【００６５】
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図９は本発明の第３の実施形態の構成を示す。信号光は左側の伝送用ファイバ３ａから入力され、右側の伝送用ファイバ３ｂに出力される。初段の光ファイバ増幅部９０３ａは、光ファイバ増幅媒体１ａ、励起光と信号光の合波器２ａ、光分岐カップラ４ａと４ｂ、フォトダイオ−ド５ａと５ｂ、励起用光源６ａ、励起用光源の駆動回路７ａ、制御部８ａで構成される。２段目の光ファイバ増幅部９０３ｂは、光ファイバ増幅媒体１ｂ、励起光と信号光の合波器２ｂ、光分岐カップラ４ｃ、フォトダイオ−ド５ｃ、励起用光源６ｂ、励起用光源の駆動回路７ｂ、制御部８ｂで構成される。２段目の光ファイバ増幅部９０３ｂの増幅利得の算出に用いる入力光パワ−にはフォトダイオ−ド５ａの出力から得られた値を初段と共通して用いる。また、初段と２段目の間は光ファイバ３１で接続される。
【００６６】
本実施形態において、光分岐カップラ４ａ、４ｂ間の伝搬時間τfa、制御部８ａに於ける入出力光パワ−デ−タ処理時間の差をτeaとすると、制御部８ａのメモリ９ａには少なくともτfa―τeaの時間分の入力光パワ−の時系列デ−タが保存され、入力光パワ−Ｐain（ｔ−τfa＋τea）と光出力パワ−Ｐaout（ｔ）を用いて利得制御を行う。また、光分岐カップラ４ａ、４ｃ間の伝搬時間τfb、制御部８ｂに於ける入出力光パワ−デ−タ処理時間の差をτebとすると、制御部８ｂのメモリ９ｂには少なくともτfb―τebの時間分の入力光パワ−の時系列デ−タが保存され、入力光パワ−Ｐain（ｔ−τfb＋τeb）と光出力パワ−Ｐbout（ｔ）を用いて利得制御を行う。尚、図９の構成においてもτfa―τea≦０、τfb―τeb≦０の場合には初段、或いは初段及び２段目の利得制御に本発明の遅延補償を用いた利得制御は適用されない。
【００６７】
従来の多段光ファイバ増幅装置において、例えば図１３に示すように初段と２段目の間の光ファイバ３１の部分に分散補償ファイバ等の伝搬遅延を増大させ、且つ温度等によって損失が変動するような光学素子が挿入された場合には、光学素子の利得変動によって光ファイバ増幅装置全体の利得が変動することが考えられる。これに対して多段光ファイバ増幅装置の構成を図９の構成として、少なくとも最終段の光ファイバ増幅部の利得制御に本発明の遅延補償を用いた利得制御を用いることで、図１３のように段間に分散補償ファイバ等の損失が変動する光学素子が挿入された場合でも、利得の過渡変動を抑制しつつ、光学素子の損失変動をも補償することができる。
【００６８】
尚、上記の第３実施形態の説明は２段の光ファイバ増幅部で構成された多段光ファイバ増幅器９０３について説明したが、３段以上の光ファイバ増幅部で構成される多段光ファイバ増幅器にも適用可能であることはいうまでもない。
【００６９】
また、本発明の利得制御を適用する光ファイバ増幅部は必ずしも最終段に限定されるものではなく、損失が変動する光学素子が挿入された位置よりも後段の少なくとも１つの光ファイバ増幅部に対して適用すればよい。
【００７０】
更に、本発明の利得制御を適用する光ファイバ増幅部の増幅利得の算出に用いる光入力パワ−デ−タには、損失が変動する光学素子が挿入された位置よりも前段の光パワ−であればよい。即ち図９では、光ファイバ増幅部９０３ｂの利得制御に用いる光入力パワ−をフォトダイオ−ド５ａの出力から求めているが、例えばフォトダイオ−ド５ｂの出力から求めても良い。更には９０３ａよりも前段の光ファイバ増幅部のフォトダイオ−ドの出力から求めても良い。
【００７１】
次に本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は本発明の第４の実施形態の構成を示す。信号光は左側の伝送用ファイバ３ａから入力され、右側の伝送用ファイバ３ｂに出力される。Ｎを２以上の整数とし、ｎを１≦ｎ≦Ｎの整数とすると、ｎ段目の光ファイバ増幅部９０４−ｎは、光ファイバ増幅媒体１ｎ、励起光と信号光の合波器２ｎ、光分岐カップラ４ｎｂ、フォトダイオ−ド５２ｎ、励起用光源６ｎ、励起用光源の駆動回路７ｎ、制御部８ｎで構成される。但し、初段については上記の構成に加えて光分岐カップラ４１ａとフォトダイオ−ド５１ａを有する。また、各光ファイバ増幅部間は光ファイバ３１〜３Ｎ−１で接続される。２段目以降の光ファイバ増幅部の増幅利得の算出に用いる入力光パワ−のデ−タは初段と共通にフォトダイオ−ド５１ａの出力から得られた値を用いる。
【００７２】
本実施形態において、光分岐カップラ４１ａ、４ｎｂ間の伝搬時間τfn、制御部８ｎに於ける入出力光パワ−デ−タ処理時間の差をτenとすると、制御部８ｎのメモリ９ｎには少なくともτfn―τenの時間分の入力光パワ−の時系列デ−タが保存され、入力光パワ−Ｐin（ｔ−τfn＋τen）とｎ段目の光出力パワ−Ｐnout（ｔ）を用いて利得制御を行う。尚、図１０の構成においてもτfn−τen≦０の場合には本発明の遅延補償を用いた利得制御は適用されない。
【００７３】
多段光ファイバ増幅器９０４の構成を図１０に示すような構成とすることによって、２段目以降の入力側光分岐カップラとフォトダイオ−ドを省略することができ、構成の簡素化を図ることができ、小型化と共に低コスト化を図ることができる。また、各光ファイバ増幅部の制御部への各種設定値の入力手段、各光ファイバ増幅部の制御部との通信Ｉ／Ｆ或いは伝送システムを構成する他の機器との通信Ｉ／Ｆ等を備えた中央制御部８０を多段光ファイバ増幅器９０４に備えることで、操作性の向上或いは自動化等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す。
【図２】図１に示した実施例の動作を説明する図である。
【図３】図２に示した動作を行うフロ−チャ−トの一例で（ａ）は光入力デ−タＰｉｎ（ｔ）読み込み動作のフロ−チャ−トで、（ｂ）は利得制御動作のフロ−チャ−トである。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す。
【図５】動作確認を行った実験系を示す。
【図６】図５の実験系にて行った実験結果（λs＝１５３８．９８nm）を示す。
【図７】図５の実験系にて行った実験結果（λs＝１５４５．３２nm）を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態において、τｆの大きさに対する本発明の効果の大きさを示す。（ａ）は検証結果全体、（ｂ）はτf≦５μsecの部分を拡大したものである。
【図９】本発明の第三の実施形態を示す。
【図１０】本発明の第四の実施形態を示す。
【図１１】従来の光ファイバ増幅器（伝搬遅延補償無）のブロック図を示す。
【図１２】従来の光ファイバ増幅器（伝搬遅延補償有）のブロック図を示す。
【図１３】従来の多段光ファイバ増幅器のブロック図を示す。
【符号の説明】
【００７５】
９０１、９０２、９０８、９０９……光ファイバ増幅器
９０３、９０４，９１０………………多段光ファイバ増幅装置
９０３ａ、９０３ｂ、９１０ａ、９１０ｂ……光ファイバ増幅部
９０４−１〜９０４−Ｎ………………光ファイバ増幅部
１，１ａ、１ｂ………光ファイバ増幅媒体
１１〜１Ｎ……………光ファイバ増幅媒体
２、２ａ、２ｂ………光合波器
２１〜２Ｎ……………光合波器
３ａ、３ｂ……………伝送用光ファイバ
３１〜３Ｎ−１………光ファイバ
４ａ、４ｂ……光分岐カップラ
４１ａ、４１ｂ〜４Ｎｂ……光分岐カップラ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ……フォトダイオ−ド
５１ａ、５１ｂ〜５Ｎｂ……フォトダイオ−ド
６、６ａ、６ｂ………励起用光源
６１〜６Ｎ……………励起用光源
７，７ａ、７ｂ………駆動回路
７１〜７Ｎ……………駆動回路
８，８ａ、８ｂ………制御部
８１〜８Ｎ……………制御部
８０……………………中央制御部
９，９ａ、９ｂ………メモリ
９１〜９Ｎ……………メモリ
【図１】
2005317815.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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