(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅デバイスであって、
光ファイバ光増幅器と、
ポンプ・レーザとポンプ・レーザ・モニタを含むポンプ・レーザ・モジュールと、
前記ポンプ・レーザ・モニタからモニタ信号を受け取り、前記モニタ信号に従って前記ポンプ・レーザを制御するポンプ・レーザ制御ユニットと、
前記光増幅デバイスの前記出力を安定化させるために前記ポンプ・レーザ制御ユニットに増幅器制御信号を供給するように接続された制御ループと、を含み、
前記ポンプ・レーザ制御ユニットが、前記増幅器制御信号を受け取るように配列されている信号変換器を備え、前記信号変換器が、前記制御ループから受信した前記増幅器制御信号を出力信号に変換して出力し、前記出力信号の、前記信号変換器に入力される信号に対する関数としての特性曲線が、前記モニタ信号の、前記ポンプ・レーザ・モジュールからの光出力のパワーに対する関数としての特性曲線に一致すること、を特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅デバイスにおいて、
前記信号変換器の前記特性曲線が二次多項式に対応する
ことを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の光増幅デバイスにおいて、
前記制御ループがフィードフォワード・ループと、フィードバック・ループとを含む
ことを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の光増幅デバイスにおいて、前記光ファイバ光増幅器は、前記ポンプ・レーザの出力パワーの関数として前記光ファイバ光増幅器への入力パワーを表しているそれぞれの利得特性曲線における前記入力パワーのゼロ値と前記ポンプ・レーザの前記出力パワーのゼロ値に対応する点からオフセットしたオフセット点に対して補正される前記利得特性曲線を有し、
前記フィードフォワード・ループと前記フィードバック・ループが接続されて前記光増幅デバイスの出力を安定化させるために前記ポンプ・レーザ制御ユニットに対して増幅器制御信号を供給し、
前記フィードフォワード・ループが前記光ファイバ増幅器の異なる利得のオフセット点で交わるそれぞれの利得特性曲線において前記入力パワーのゼロ値と前記ポンプ・レーザの前記出力パワーのゼロ値に対応する点からオフセットしたオフセット点に対して補正するようにされている
ことを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の光増幅デバイスにおいて、前記フィードバック・ループは、複数の入力端子を有する加算回路を有しており、
前記加算回路は前記複数の入力端子のうちの第１の端子において前記光増幅デバイスに到来する光のパワーを示している信号を受け取り、
前記加算回路は前記複数の入力端子のうちの第２の端子において前記ポンプ・レーザから発せられるポンプ光のパワーの関数として利得特性のオフセットの補正を表している一定の信号をさらに受け取り、前記オフセットはすべての利得特性曲線が通過するところの点であるところの前記オフセット点において前記光ファイバ増幅器の前記利得の値として取られている
ことを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の光増幅デバイスにおいて、
前記増幅器制御信号が、入力端子を有している乗算回路から得られ、該乗算回路は前記入力端子のうちの第１の端子において、前記第１の加算回路の出力信号を受け取り、前記乗算回路は前記入力端子のうちの第２の端子において前記フィードバック・ループからのフィードバック信号をさらに受け取り、前記フィードバック信号は、前記光ファイバ増幅器の利得を設定する
ことを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の光増幅デバイスにおいて、
前記増幅器制御信号が第２の加算回路を通して前記乗算回路から得られ、前記第２の加算回路は入力端子を備え、
前記入力端子のうちの第１の端子が前記乗算回路からの出力信号を受け取るために接続され、
前記入力端子のうちの第２の端子が前記ポンプ・レーザから発せられるポンプ光のパワーの関数として前記利得特性曲線の前記オフセット点におけるオフセットを表している一定の信号を受け取るように接続され、前記オフセットは、すべての利得特性曲線が通過するところの点であるところの前記オフセット点における前記ポンプ・レーザから発せられるポンプ光の前記パワーの値として取られる
ことを特徴とするデバイス。
【請求項８】
ＷＤＭ信号を伝送するための光ファイバ・ネットワークであって、少なくとも１つの光増幅デバイスに対して接続されている光ファイバ・リンクを含み、
前記光増幅デバイスは、
光ファイバ増幅器と、
ポンプ・レーザとポンプ・レーザ・モニタとを有するポンプ・レーザ・モジュールと、
前記ポンプ・レーザ・モニタからモニタ信号を受け取り、前記ポンプ・レーザを前記モニタ信号に従って制御するポンプ・レーザ制御ユニットと、
前記光増幅デバイスの前記出力を安定化するために前記ポンプ・レーザ制御ユニットに増幅器制御信号を供給するように接続された制御ループと、を含み、
前記ポンプ・レーザ制御ユニットは、前記増幅器制御信号を受け取るように配列されている信号変換器を含み、前記信号変換器は前記制御ループから受信した増幅器制御信号を変換して出力し、前記出力信号の、前記信号変換器に入力される信号に対する関数としての特性曲線が、前記モニタ信号の、前記ポンプ・レーザ・モジュールからの光出力のパワーに対する関数として特性曲線に一致すること、を特徴とするネットワーク。
【請求項９】
請求項８に記載のネットワークにおいて、前記光増幅デバイスの前記光ファイバ光増幅器は、前記ポンプ・レーザの出力パワーの関数として前記光ファイバ光増幅器への入力パワーを表しているそれぞれの利得特性曲線における前記入力パワーのゼロ値と前記ポンプ・レーザの前記出力パワーのゼロ値に対応する点からオフセットしたオフセット点に対して補正される前記利得特性曲線を有し、
前記光増幅デバイスの前記制御ループは、前記光増幅デバイスの出力を安定化させるために前記ポンプ・レーザ制御ユニットに対して増幅器制御信号を供給するためのフィードフォワード・ループとフィードバック・ループの接続を有し、
前記フィードフォワード・ループが前記光ファイバ増幅器の異なる利得のオフセット点で交わるそれぞれの利得特性曲線において前記入力パワーのゼロ値と前記ポンプ・レーザの前記出力パワーのゼロ値に対応する点からオフセットしたオフセット点に対して補正するようにされていることを特徴とするネットワーク。
【請求項１０】
ＷＤＭ光信号を増幅する方法であって、該方法は、
前記光信号をアクティブな光ファイバに対して供給するステップと、
ポンプ・レーザからのポンプ光を前記アクティブな光ファイバの中に注入するステップと、
前記ポンプ光のパワーを感知して感知されたパワー信号を発生するステップと、
前記ポンプ光に一定パワーを与えるために前記感知されたパワー信号に従って前記ポンプ光を制御するステップと、
制御信号を発生して、前記制御信号を前記ポンプ・レーザに供給し、前記制御信号が前記光信号の総合的な増幅を安定化させるようにするステップとを含み、
前記ポンプ・レーザに供給された前記制御信号を出力信号に変換して前記ポンプ・レーザに出力し、前記変換された制御信号の特性曲線が、前記感知されたパワー信号の、前記ポンプ・レーザからの光出力のパワーに対する関数として特性曲線に一致すること、を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記光増幅デバイスの前記光ファイバ光増幅器は、前記ポンプ・レーザの出力パワーの関数として前記光ファイバ光増幅器への入力パワーを表しているそれぞれの利得特性曲線における前記入力パワーのゼロ値と前記ポンプ・レーザの前記出力パワーのゼロ値に対応する点からオフセットしたオフセット点に対して補正される前記利得特性曲線を有し、
前記ポンプ光を制御するステップは、フィードフォワード信号とフィードバック信号を制御することにより行い、
光増幅デバイスに入力される光のパワーを監視して前記フィードフォワード信号を発生し、
光増幅デバイスから出力される光のパワーを監視して前記フィードバック信号を発生し、
前記フィードフォワード信号および前記フィードバック信号は前記光増幅デバイスの前記出力を安定化させ、前記フィードバック信号は前記光ファイバ増幅器の利得を設定し、
前記フィードフォワード・ループが前記光ファイバ増幅器の異なる利得のオフセット点で交わるすべての利得特性曲線における前記入力パワーのゼロ値と前記ポンプ・レーザの前記出力パワーのゼロ値に対応する点からオフセットしたオフセット点に対して補正するようにされており、
前記光増幅デバイスに入力される光のパワーを監視する前記ステップにおいて、前記フィードフォワード信号が発生されて、前記ポンプ・レーザを制御するステップにおいて前記光ファイバ増幅器の利得の特性曲線におけるオフセットに対して補正される
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、特にＷＤＭネットワークにおいて使われる可変利得の光ファイバ増幅器に関し、また、ＷＤＭネットワークおよびＷＤＭ光信号を増幅する方法にも関する。
【０００２】
（発明の背景および技術的現状）
光ファイバは、現在大規模な電気通信システムにおいて、主として信頼性が高く、電気的妨害に対する感度が低く、また、その容量が大きいことにより、情報通信のために広く使われている。そのようなファイバは明らかに設置コストが高いので、長距離にわたる通信のためには特に、そのネットワークにおいて利用できる光ファイバをできるだけ効率的に使うための既存の電気通信ネットワークにおける要望がある。光ファイバを使っている既存の通信システムにおいて、あるいは構築される新しい通信システムにおいて波長分割多重ＷＤＭを導入することによって、複数の個々の波長チャネルを同じ光ファイバ上で伝送することができ、それ故、そのファイバ上で伝送される情報を増幅することができる。波長分割多重化は、それぞれ別々の波長チャネルにある複数の光信号が、同時に、互いに並行して、あるいは独立して光ファイバ上で伝送される。
【０００３】
例えば長距離通信のための光ファイバ・ネットワークにおいては、その光信号を増幅および／または再生する必要があり得る。そのような増幅は、もちろん直接的な方法で作られた中継器によって行うことができ、それは光信号を電気信号に変換する構成部品と、電気信号を増幅し、その電気信号を光信号に変換する構成部品とを含んでいる。ＷＤＭ信号の場合、ＷＤＭ伝送において使われる波長チャネルごとに１つの光電気変換器および１つの電気光変換器が必要となり、また、到来する信号における異なる波長を濾過するための１つのフィルタまたはデマルチプレクサも必要となる。これは明らかに非常にコストが掛かり、また必要となる電子的および光学的の両方の多数の構成部品のために信頼性の問題が生じる。
【０００４】
もう１つのタイプの増幅器は稀土類金属でドーピングした光ファイバに基づいた光ファイバ増幅器、主としてエルビウムでドーピングしたファイバ増幅器を含む。そのような増幅器は光ファイバとの互換性があること、そして利得が高いことのために、光ファイバ・システムにおいて使われる時に非常に有利であり、そしてまた波長多重伝送システムにおいて使われる時に特に有利である。というのは、それらは複数のＷＤＭチャネルを同時に増幅することができ、そして限られた数の電子構成部品しか必要としないからである。エルビウムでドーピングしたファイバ増幅器の基本設計は２‐１型光カプラの出力に対してその入力端において接続されているアクティブなある長さのエルビウムでドーピングした光ファイバを含み、そのカプラは、その入力の１つにおいて増幅されるべき信号を受け取り、他の入力においてその信号を増幅するためのパワーを提供するよりエネルギーの高い光を受け取る。このエネルギーの高い入力の光はポンプ光と呼ばれ、光学的ポンプと呼ばれている光パワー・ソースから得られる。ポンプ光の波長はその信号の波長より短く、エネルギーがより大きく、エルビウム・イオンを低い方のエネルギー状態から高い方のエネルギー状態へエルビウムでドーピングしたファイバの中で上昇させることができる。次に、そのイオンが低い方のエネルギー・レベルに戻る時にファイバの中に光が発生される。
【０００５】
可能な最善の伝送特性を得るために、すべての波長チャネルのパワーが、その伝送経路全体に沿った考慮される各点において互いに等しく保たれなければならない。特に、その光伝送は、どのチャネルが各点において存在するか、および各点に存在するチャネルの数とは無関係に十分満足に行われなければならないということが一般に厳格な要求である。従って、光ネットワークの中に含まれる光増幅器の中の光チャネル当たりの出力パワーを一定に保つことが普通は最適である。さらに、光増幅器の利得は、その光増幅器の入力線上で波長チャネルが追加またはドロップされる場合に、維持されなければならない。さもなければ、これにより普通は飽和状態（入力パワーとは独立にほぼ一定の出力パワーを有することを意味する）で動作している光ファイバ増幅器において、チャネルが追加される到来チャネルのパワー・レベル、あるいはチャネルをドロップした後に残っているチャネルのパワー・レベルのそれぞれにおいて過渡状態が存在する。
【０００６】
それ故、ネットワークの中で採用される増幅器の出力パワーができるだけ効率的に制御されなければならない。従来の方法がスウェーデン特許第５０６  ４０３号、スウェーデン特許出願第９６０３３３６−０号、国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ９８／００２５５号および、１９９８年４月１日に出願されたスウェーデン特許出願第９８０１１５９−６号に対応している国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ９９／００５５６号の中で開示されている。光ファイバ増幅器を制御するために普通に使われている方法は、ポンプ・レーザ・ダイオードに流れる電流を調整することによって光ポンプ・パワーを変化させる方法である。しかし、そのような増幅器における内部遅延のために、フィードバック・ループだけを使って効率的で且つ高速の制御を構築することは困難である。これに関しては、例えば、上記国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ９９／００５５６号を参照されたい。しかし、それでも、システムの伝達関数が正確に知られている場合に、調整されるシステムにおいて高速制御を提供するのにフィードフォワード・ループが非常に効率的であり得るという事実がよく知られている。光ファイバ増幅器の利得は、ポンプ・パワーの線形関数ではなく、さらに、ポンプ・レーザから供給される光ポンプ・パワーは、そのレーザに対して供給される電流、すなわち、バイアス電流の線形関数ではない。
【０００７】
ポンプ・レーザ・ダイオードは超高速非線形デバイスであり、それ故、局部フィードバック・ループを使ってポンプ・パワーを調整することができる。ポンプ・レーザ・モジュールまたはパッケージの内部のレーザ・ダイオードの後部ファセットにおいて、普通は、利用できるモニタ用フォトダイオードからの信号を、この調整ループに対するフィードバック信号として使うことができる。しかし、このモニタ信号は光ファイバ増幅器に対して供給される光ポンプ・パワーに完全には比例しない。
【０００８】
ポンプ・パワー・モニタおよび出力パワー・フィードバック・ループなどの従来の構成部品を備えている光増幅器が、米国特許第５，３７４，９７３号の中で開示されている。増幅器の必要不可欠な要素、すなわち、増幅用光ファイバ、ポンプ・レーザおよびモニタ・ダイオードにおける非線形性を補正するための用意がなされていない。
【０００９】
上記スウェーデン特許出願第９６０３３３６‐０号に開示されているように、良好な増幅器制御はフィードフォワード・ループおよびフィードバック・ループを組み合わせることによって達成することができる。フィードフォワード・ループはその開示されている実施形態においては、Ａ／Ｄ変換、制御ディジタル信号を変更する数値の記憶テーブル、その後、Ｄ／Ａ変換を使っている非線形要素を含む。しかし、この非線形要素、すなわち、テーブルの光学的特性を、増幅器についての測定値から導くことは困難である。また、Ａ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換を回避してループの中にハードウェアでそれらを実装することが望ましい場合もある。さらに、制御の精度は、このモデルおよびポンプ・レーザの非線形性によって制限され、結果として増幅器の性能が最適ではなくなる。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の１つの目的は、利得が正確に制御されて特に正確な一定値に維持されるようにすることができる光増幅デバイスを提供することである。
本発明のもう１つの目的は、ハードウェアで容易に構築できる、利得が制御可能な光増幅器を提供することである。
【００１１】
それ故、本発明によって解決される問題は、入力信号のパワーとは無関係に一定の利得を有する光増幅器を構築する方法であり、その場合、その増幅器の構造はハードウェアから作るのに適しており、その構造は増幅器、ポンプ・レーザおよびポンプ・レーザ・モニタについての特定の、明確な測定値のみを必要とする。
【００１２】
それ故、光増幅デバイスはアクティブなある長さのファイバ、モニタ用ダイオードも含んでいるポンプ・レーザ・モジュールの中に含まれているポンプ・レーザ、およびさらに２つの制御ループ、すなわち、フィードフォワード・ループおよびフィードバック・ループを含む。フィードフォワード・ループにおいては、その入力パワー・レベルが所望の利得を維持するポンプ・パワーに対応しているか、あるいは実質的に適合している信号へ変更され、その後、オフセットに対して補正するための適切な信号の加算または減算が行われる。次に、その変更によって得られるポンプ・パワー・レベルがフィードバック・タイプの局部ポンプ・レーザの調整ループの中の設定値として使われるポンプ・モニタ信号と対応するか、あるいはそれに適合するか、あるいは同様な挙動を有するように変換される。この第２の変換も、使用される制御のタイプとは無関係に、ポンプ・レーザに対する制御信号を供給する任意の制御信号または制御装置に対して使うことができる。
【００１３】
この提案の制御の利点は、光ファイバ増幅器のような本来的に非線形で複雑なデバイスに対して非常に高速で正確な制御方式を提供することである。その制御方式を実装するために必要なパラメータは、その増幅器およびそのポンプ・レーザ・モジュールについてのいくつかの明確な測定を実行することによって直接与えられる。
本発明が添付図面を参照して制限的でない実施形態の方法によって記述される。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
図７において、ノード１０１を有している光ファイバＷＤＭネットワークの一部分が示されている。各ノードは別のノードに対して、１つの入力ファイバ１０３および１つの出力ファイバ１０５を通して接続されている。入力のファイバは前置増幅器１０７に接続され、出力のファイバはブースタまたはパワー増幅器１０９に接続されている。前置増幅器１０３およびブースタ１０９は順にそれぞれ電気的出力および入力ポート１１１、１１３に接続され、それがそれぞれデマルチプレクサおよびマルチプレクサ（カプラ）を備える。その増幅器の目的によって変わる適切に適応された利得を有するように増幅器１０７、１０９を設定する必要があり、そしてまた、ネットワークの動作中に利得を変化させる必要もあり得る。
【００１５】
図７に示されているネットワーク部分のノード１０１におけるＷＤＭ光信号を増幅するのに適している光増幅デバイス、上記スウェーデン特許出願第９６０３３３６‐０号の中で開示されているような基本的に構築されている光増幅デバイスが、図６のブロック図によって示されている。増幅されるべきＷＤＭチャネルを搬送する光が光ファイバ１上に到着する。到来する総合の光パワーのうちの小部分がパワー・スプリッタ３の中でタップから取られ、パワー・スプリッタ３は、その小部分をそのタップから取られた光の総合の光パワーを感知するＰＩＮダイオードなどの入力モニタ５に対して送信する。光パワーの残りの大部分が光アイソレータ７へ伝播し、光組合せカプラ９の中でポンプ光と組み合わされ、そしてその組み合わされた光の波が、その後、エルビウムなどでドーピングしたアクティブなある長さの光ファイバ１１を通って伝播する。ＷＤＭチャネルを搬送する元の光の波は、そのアクティブ・ファイバの中で増幅され、別の光アイソレータ１３を通過し、そこから異なるＷＤＭチャネルに対する利得を等化する利得成形フィルタ１５へ入る。最後に、総合の光パワーのうちの小部分が再びパワー・スプリッタ１７の中でタップで取り出され、そこからその小部分がそのタップから取られた光パワーを感知する出力モニタ１９へ伝播する。光信号の残りの大部分がその増幅器から出力ファイバ２１上へ伝播する。
【００１６】
ポンプ光は、ポンプ・レーザ・モジュール２４の中に組み込まれているポンプ・レーザ・ダイオード２３の中で発生され、ポンプ・レーザ・モジュール２４もポンプ・レーザ２３の出力パワーを感知しているポンプ・レーザ・モニタ・ダイオード２５を含んでいる。ポンプ・レーザ２３にはポンプ・レーザのコントローラ・ブロック２７およびその中の調整器２９からの電流が供給される。調整器２９は信号フィードフォワード・ユニット３３からの信号およびポンプ・レーザ・モニタ・ダイオード２５の出力信号を受け取る信号加算回路３１からの制御信号を得る。後者の信号は符号が負であり、それ故、フィードフォワード・ユニット３３の出力信号から差し引かれる。ポンプ・レーザ・モニタ２５、調整器２９および加算回路３１などの回路要素は、ポンプ・レーザ・ダイオード２３の出力パワー・レベルを実質的に一定に保つためのネガティブ・フィードバック・ループを構成する。
【００１７】
フィードフォワード・ブロック３３は、入力モニタ５から制御信号を受け取り、この信号は総合の光増幅ユニットの入力光パワーを表している。この制御信号が非線形要素３５の中で成形され、その特性が変更されてその成形された信号が組合せ要素３７へ入力される。また、組合せ要素３７は総合の光増幅器の総合の増幅度をフィードバックの方法で制御している標準のフィードバック・ユニット３９によって発生される信号を入力として受け、フィードバック・ユニット３９は順に、出力モニタ１９の出力信号を入力信号として受け取り、この信号は総合の光増幅デバイスの出力パワーを表している。それ故、その出力モニタの信号がフィードバック・ユニット３９の中の集計デバイス４１の反転入力に対して提供され、集計デバイスはその非反転入力において出力基準電源４３からの出力信号を受け取る。集計回路４３からの加算された信号出力がＰＩＤまたはＰＤタイプの調整器４５を通して第２の入力信号として組合せデバイス３７の入力に対して与えられる。入力信号の和または積であり得る組合せデバイス３７の中で組み合わされた信号が、ポンプ・レーザ・コントローラ２７の加算回路２７に対する制御信号入力である。
【００１８】
それ故、図６の光増幅デバイスは２つの制御ループを含む。低速フィードバック・ループは適切な出力パワーを与えるように設計され、そして基準電源４３および調整器４５と一緒に出力モニタ１９と第２の集計デバイス４１とを含む。高速のフォワード・ループはリニアライジング機能を有し、高速の入力過渡現象に対して適切な利得を提供し、そして入力モニタ５と、非線形要素３５と、信号コンバイナ３７とを備える。ポンプ・レーザ・コントローラ・ブロック２７の中の調整器２９は、従来のＰＩまたはＰＩＤ制御回路を備えることができる。
【００１９】
このように、フィードバック・ループおよびフィードフォワード・ループの両方を提供することは、上記スウェーデン特許出願第９６０３３３６‐０号の中で示唆されているように、内部遅延を有する光ファイバ増幅器に対して高速で正確な制御を提供するのに非常に有効であり得る。特にフィードフォワード・ループの設計は、システムの伝達関数が正確に分かっていることをあらかじめ仮定している。しかし、光ファイバ増幅器、すなわち、ポンプ・レーザ２３と、カプラ９とアクティブ・フィルタ１１とを含んでいる構造の基本構成部品の利得はポンプ・レーザから発せられる光のパワーの線形関数ではなく、そしてさらに、ポンプ・レーザ１１から発せられる光ポンプ・パワーは、ポンプ・レーザに対して供給される電流の線形関数ではない。ポンプ・レーザ・ダイオードは、応答が非常に速い非線形デバイスであり、それ故、ここではポンプ・レーザ・モニタ２５と、集計回路３１と、調整器２９とを含んでいる局部フィードバック・ループがポンプ・レーザ２３によって放射される光のパワーを調整するために従来と同様に使われ、そのフィードバック・ループはポンプ・レーザ・モニタ２５からの信号をフィードバックしている。しかし、このポンプ・レーザ・モニタの信号は、光ファイバ増幅器に対して供給される光ポンプ・パワーには完全に比例しておらず、ここでも非線形の関係がある。
【００２０】
しかし、増幅器についての測定から非線形要素３５の光学的特性を導き出すこと、例えば、高速のフォワード・ループの中の基本的にアナログのハードウェアを使ってそれが十分に高速に動作するようにすることは困難である場合があるように見える。総合の光増幅のデバイスの総合的な制御の精度は、その方法とポンプ・レーザの非線形性とによって制限され、その結果、総合の増幅器の性能が最適にはならない可能性がある。
【００２１】
効果的なフィードフォワード・ループを得るために、先ず最初に入力のパワー・レベルが所望の利得を維持するポンプ・パワーに変換される必要があり、そして次に、ポンプ・パワー・レベルがポンプの調整ループの中に設定される値として使われるべき対応しているポンプ・モニタ信号レベルに変換される必要がある。
【００２２】
第１の信号変換のステップは、増幅器の利得ブロック、すなわち、図６に示されているポンプ・レーザ２３と、カプラ９と、アクティブ・ファイバ１１とを含んでいる基本の増幅器構造について、図１に示されているように測定から得られる情報に基づくことができる。ここで、入力信号パワーのレベルと、対応しているポンプ・パワーとの間の関係が、一定の、任意の増幅器利得を維持しながら示されている。その記号（×）は、測定値であり、プロットされている線はその関係の１つの可能な二次元的モデルを構成する。このモデルのすべての利得曲線は、実質的に直線であり、１つの点に収れんすることが容易に分かる。すべてが実質的にその点を通過し、そこから実質的にすべてが伸びている。この点は利得曲線のオフセット原点と呼ぶことができ、そのオフセット点は信号オフセットおよびポンプ・オフセットの両方によって実際の原点からオフセットされている。
【００２３】
この情報から、図４のブロック図の中に原理的に示されている増幅器およびその制御ブロックを設計することができる。図４においては、光増幅器およびポンプ・レーザおよびそのモニタ・ダイオードの基本の構造、すなわち、コア構造についてのいくつかの基本の測定値を必要とする効率的で高速の利得制御を有している修正された光増幅器デバイスが示されている。ポンプ・レーザ２３は図４の中では修正されたポンプ・レーザ・コントローラ・ブロック２７’から電流が供給され、ブロック２７’も信号変換器４７を含んでいる。ポンプ・レーザ・コントローラ２７’の信号変換器ブロック４７は、その出力端子が図６の組合せ回路３７の出力端子の代わりにポンプ・レーザ・コントローラの集計回路３１に接続されている。それ故、加算回路３１は信号変換器４７の出力信号を入力信号として受け取り、ポンプ・レーザ・モニタ２５の出力信号の符号が負、すなわち、反転されている。
【００２４】
ポンプ・レーザ・コントローラ・ブロック２７’は、光増幅器のすべてを制御しているコントローラ・ブロック４９から、制御信号または増幅器制御信号を信号変換器４７に対して入力信号として受け取る。光増幅器コントローラ４９は入力モニタ５の出力信号を第１の入力信号として受け取り、この信号は光増幅器の入力の光パワーに対応している。それは出力モニタ１９の出力信号を第２の入力信号として受け取り、この信号は総合の光増幅器の出力パワーを表している。第１の入力信号は第１の集計デバイス５１の入力に対して供給され、集計装置５１は、その他の入力上に信号バイアス電源５３からの信号バイアスを受け取る。その結果の加算された信号が乗算回路５５の入力に対して供給されている。光増幅器コントローラ・ブロック４９の第２の入力信号は、第２の集計デバイス４１の反転入力に対して供給され、集計デバイス４１は、そのもう１つの非反転入力上に図６のフィードバック・ユニット３９の場合と同じ方法で出力基準電源５９からの出力基準信号を受け取る。第２の集計回路４１からの加算された信号出力が調整器４５を通して第２の入力信号として乗算デバイス５５の１つの入力に対して提供される。その積を表している信号が第３の集計デバイス５７の入力端子に対する入力信号として乗算デバイス５５の出力において発生され、デバイス５７はもう１つの入力上にポンプしきい値設定デバイス５９からのポンプしきい値レベルを示している信号を受け取る。第３の集計回路５７の出力信号が同時に全体の光増幅器コントローラ・ブロック４９の出力信号であり、そしてポンプ・レーザ・コントローラ・ブロック２７’の中の信号変換器４７に供給される。
【００２５】
従って、ここでも光増幅器ブロック３５は２つの制御ループを含んでいる。低速のフィードバック・ループは安定な出力パワーを与えるように設計され、そして出力モニタ１９と、第２の集計デバイス４１とを基準電源４３と調整器４５と一緒に含む。高速のフォワード・ループは高速の入力過渡現象に対して安定な利得を与えるためにリニアライジング機能を有し、入力モニタ５と、第１の集計デバイス５１と、信号バイアス電源５３とを備える。光増幅器制御ブロック３５の中の調整器４５と、ポンプ・レーザ・コントローラ・ブロック２７の中の調整器２９とは、図６の増幅器の設計と同様に従来のＰＩまたはＰＩＤ制御回路を備えることができる。フォワード・ループにおいては、入力信号モニタ５からのフィードフォワード信号が信号バイアス電源５３からの信号バイアスに対して加算され、その信号バイアスの振幅は１０μＷ程度であり、この値は図１に関連して説明された収れん点の縦座標の値に適応しているが、その符号が反対である。所望の増幅器利得は低速のフィードバック・ループの中の出力基準電源４３からの出力基準信号によって従来の方法で選定され、そのループの中で従来の調整器の出力が高速ループによって発生されるフィードフォワード信号によって乗算されるべき乗算係数を提供する。最後に、ポンプしきい値電源５９からの１０ｍＷ程度のポンプしきい値が図１に示されている曲線の収れん点の横軸の値に対応して加算される。
【００２６】
次に、増幅器コントローラによって提供されるポンプ・パワーの基準値が、ポンプ・レーザ制御ブロック２７’の中の信号変換器４７の中でポンプ・レーザのモニタ信号基準に変換され、その変換された信号の挙動がポンプ・レーザ・モジュール２４のフィードバック信号の挙動に似ているように変換される。これは図２および３の中の曲線の中に含まれている情報に基づいて行うことができる。
【００２７】
異なる製造者から得られたいくつかのポンプ・レーザ・モジュールをテストすることによって、モニタ・ダイオードの応答の非線形性は非常に一様であり、予測可能であることが観察されている。モニタ・ダイオード信号と、ポンプ・モジュール全体からのファイバに対して配送される出力パワーとの比はモニタ・トラッキング係数と呼ばれている。この量が総合出力パワーの関数として、図２および図３に示されているようにプロットされた場合、その関係が線形であり、従って、モニタ信号を二次の多項式としてモデル化できることは明らかである。さらに、モニタ・トラッキング係数の傾斜、すなわち、モニタ信号の二次係数の大きさは、同じ製造者からのポンプ・モデルのバッチの中および異なる製造者からのバッチの両方とも同じ大きさであることがさらに明らかである。調整器回路の中の標準のデフォールトの傾斜パラメータでさえも、増幅器の制御の精度がかなり改善される。
【００２８】
光増幅器コントローラ４９から得られたポンプの基準信号をポンプ・モニタの基準値に変換する図４の中の信号変換器４７は、到来する信号を二乗するためのデバイス６１を備えている図５のブロック図の中に示されているように実装することができる。次に、その二乗された信号が利得ｋ2で第１の増幅器６３の中で増幅される。その増幅された信号が、集計回路６５の中で到来する信号に対して加算され、集計回路６５はその出力において第２の増幅要素６７の中で係数ｋ1で先ず最初に増幅され、そして次に信号変換器４７の出力信号として出力される信号を供給する。第１の増幅器６３の中の利得に対応する係数ｋ2は、１Ｗ-1の程度の大きさであり、変換器４７の出力における第２の増幅器６７の利得係数ｋ1は、１０〜３０μＡ／ｍＷの範囲内に含まれることが多い。
【００２９】
すべての信号処理はアナログの電子回路として、あるいは必要な場合はディジタル回路として、あるいはいくつかのそれらの組合せとして実装することができる。例えば、入力モニタ・ダイオード５からの信号を対数増幅器（図示せず）において増幅し、次にディジタル形式に変換し、そのディジタル形式で信号変換器に対して供給し、信号変換器は数値テーブルを使用し、その中で補間を行って出力信号の正しい形状および、調整器２９によって使われる線形の信号に対する対数表現からの変換の両方を発生する。他の適切なＡ／Ｄ回路およびＤ／Ａ回路も当業者によって容易に選択される適切な場所において接続されなければならない。
【００３０】
ここで説明された基本的に非線形の光ファイバ増幅器に対する制御は非常に高速で正確である。その制御方式を実装するために必要なパラメータは、増幅器およびそのポンプ・レーザ・モジュールについて容易に測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  代表的なエルビウムでドーピングした光ファイバ増幅器に対して一定の利得を維持しながら、信号の入力パワーとポンプ・パワーとの間の関係を示す図である。
【図２】  第１の製造者からのいくつかのポンプ・レーザ・モジュールに対してポンプ・レーザからの光出力のパワーの関数としてモニタ・ダイオードのトラッキング係数の図である。
【図３】  第２の異なる製造者からのいくつかのポンプ・レーザ・モジュールに対する図２のそれに類似した図である。
【図４】  増幅器の出力パワーの高速で正確な制御を可能にする完全な増幅器制御を持つ光増幅器の一実施形態のブロック図である。
【図５】  図４の完全な増幅器制御方式において使われる信号変換器の一実施形態のブロック図である。
【図６】  フィードフォワード制御およびフィードバック制御の両方を有している従来の技術による光増幅器の一実施形態のブロック図である。
【図７】  光ファイバ・ネットワークの一部分を示す図である。
【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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