(57)【要約】  マッハツェンダ型干渉計からなる可変光減衰器において、減衰量の非線形特性を補償するようにループゲインを制御して、応答速度が速く、精度の良いフィードバック制御を可能にする。可変光減衰器（１２２）の出力信号光の強度を測定し、所望の強度となるように、減衰量がフィードバック制御される可変光減衰器において、出力信号光の強度に応じた出力レベル測定値を出力する手段（２１１，２１２）と、出力レベル測定値と所望の出力レベル目標値との差分に応じて、可変光減衰器１２２の減衰量を制御する手段（２２０，２２１，２１３）と、マッハツェンダ型干渉計の減衰量に応じて変化するループゲインの非線形特性を補償するようにフィードバック制御を行う手段（２２０，２１４，２１６）とを備えた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ型干渉計により構成された可変光減衰器の出力信号光の強度を測定し、所望の強度となるように、減衰量がフィードバック制御される可変光減衰器において、
前記出力信号光の強度に応じた出力レベル測定値を出力する手段と、
前記出力レベル測定値と所望の出力レベル目標値との差分に応じて、前記可変光減衰器の減衰量を制御する手段と、
前記マッハツェンダ型干渉計の減衰量に応じて変化するループゲインの非線形特性を補償するようにフィードバック制御を行う手段と
を備えたことを特徴とする可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変光減衰器に関し、より詳細には、波長分割多重通信システムにおけるノードにおいて、任意の波長パスのスイッチングを行うための光分岐挿入スイッチに適用される可変光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）を用いた光ファイバ伝送路を介して、複数のノードをリング状またはバス状に接続した波長分割多重通信システムが知られている。各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長パスの構成を容易に変更することができる。このような波長分割多重通信システムは、再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ）システムと呼ばれている。各々のノードのスイッチング動作は、一方の光ファイバ伝送路から入力された任意の波長の光信号を、他方の光ファイバ伝送路に出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路から入力された任意の波長の光信号をノードに接続された端局装置に出力し（ドロップ動作）、端局装置から入力された任意の波長の光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとを有している。このようなスイッチング動作によって、波長パスを、任意のノード間で任意の数だけ設定することができる。従って、波長分割多重通信システムは、トラヒック変動に対して、波長パスの構成を変更することにより柔軟に対応でき、伝送路や端局装置の障害に対して容易に対処できるという特徴がある。【０００３】
図１に、従来のＲＯＡＤＭシステムのノードの構成を示す。ここでは隣接して接続されている２つのノードを、便宜的にそれぞれ西側ノードおよび東側ノードいい、西側ノードから東側ノードへの信号光の流れを右回り、東側ノードから西側ノードへの信号光の流れを左回りと規定する。右回りの波長多重信号光は、光ファイバ１０５Ｒから前置光増幅器１０４Ｒを介して、光分波器１０２Ｒに入力される。光分波器１０２Ｒは、入力された波長多重信号光を、波長ごとにｎ個の信号光に分離する。光分岐挿入スイッチ１０１Ｒ−１〜ｎは、ｎ個に分離された信号光それぞれに対して、スルーモードまたはアド／ドロップモードで動作する。光合波器１０３Ｒは、光分岐挿入スイッチ１０１Ｒ−１〜ｎからの光信号を波長多重信号光に多重する。波長多重信号光は、後置光増幅器１０６Ｒを介して光ファイバ１０７Ｒから東側ノードへ出力される。左回りの波長多重信号光は、図の符号をＲからＬに変えて、同様に説明することができる（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
図２に、従来の光分岐挿入スイッチの機能を示す。光分岐挿入スイッチ１０１Ｒ−１〜ｎ，１０１Ｌ−１〜ｎ（以下、Ｒ，Ｌを省略し１０１−１〜ｎまたは添字を省略し１０１と記載する）は、２入力２出力光スイッチであり、２つの入力ポート（Ｉｎ，Ａｄｄ）と２つの出力ポート（Ｏｕｔ，Ｄｒｏｐ）とを有する。スルーモードでは、ＩｎポートとＯｕｔポートが接続され、アド／ドロップモードではＩｎポートとＤｒｏｐポートとが接続され、ＡｄｄポートとＯｕｔポートとがそれぞれ接続される。【０００５】
図３に、従来の光分岐挿入スイッチの詳細な構成を示す。光分岐挿入スイッチ１０１は、Ｉｎポートから入力された信号光を、Ｄｒｏｐポートまたは可変光減衰器（ＶＯＡ）１２２に分岐する光スイッチ１２１と、ＶＯＡ１２２の出力とＡｄｄポートに接続されているＶＯＡ１２３の出力とを選択する光スイッチ１２４とを含む。さらに、光分岐挿入スイッチ１０１は、ＶＯＡ１２２，１２３の減衰量を制御する制御回路（ＣＯＮＴ）１２５と、光スイッチ１２４の出力を分岐する分岐回路１２６と、分岐された出力光をモニタして制御回路１２５にフィードバックする光検出器１２７とを備えている。【０００６】
光分岐挿入スイッチ１０１は、１枚の石英系光導波路基板により集積されており、光スイッチおよびＶＯＡをマッハツェンダ型干渉計により構成する。この光分岐挿入スイッチ１０１を、右回り（Ｒ）と左回り（Ｌ）にそれぞれｎ個実装することにより、図１に示したノードを構成することができる。【０００７】
マッハツェンダ型干渉計は、２本の入力導波路に接続された３ｄＢカプラと、２本の出力導波路に接続された３ｄＢカプラとの間を、２本のアーム導波路で接続した構成を有している。一方のアーム導波路上には位相調整用の薄膜ヒータが配置されている。薄膜ヒータの通電加熱により、アーム導波路の屈折率を変化させ、２本のアーム導波路の光路差を任意に制御することができる。薄膜ヒータの通電電流を制御することにより、一方の入力導波路より入力された信号光を、いずれかの出力先導波路から出力させたり、任意の分岐比で２本の出力導波路に分岐させることができる。従って、光スイッチとしても、可変光減衰器としても動作させることができる。【０００８】
マッハツェンダ型干渉計により構成されたＶＯＡの制御は、いずれかの出力導波路から出力された信号光の強度を測定し、測定結果に基づいて、アーム導波路上の位相調整用の薄膜ヒータを制御するフィードバック制御が一般的である。【０００９】
しかしながら、マッハツェンダ型干渉計により構成されたＶＯＡにおいて、薄膜ヒータに通電する電流値と、一方の出力導波路から出力される信号光の減衰量とは、比例関係にはなく、電流値により減衰量が変化する。すなわち、フィードバック制御におけるループゲインが、ＶＯＡを制御するたびに変化するため、応答速度が遅いという問題があった。従って、ＶＯＡの減衰量に応じて、最適なループゲインに制御しなければならない。【００１０】
本発明の目的は、応答速度が速く、精度の良いフィードバック制御が可能な可変光減衰器の制御方法を提供することにある。【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３７９６８号公報（第５，６図）
【発明の開示】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の一実施態様は、マッハツェンダ型干渉計により構成された可変光減衰器１２２の出力信号光の強度を測定し、所望の強度となるように、減衰量がフィードバック制御される可変光減衰器において、前記出力信号光の強度に応じた出力レベル測定値を出力する手段２１１，２１２と、前記出力レベル測定値と所望の出力レベル目標値との差分に応じて、前記可変光減衰器１２２の減衰量を制御する手段２２０，２２１，２１３と、前記マッハツェンダ型干渉計の減衰量に応じて変化するループゲインの非線形特性を補償するようにフィードバック制御を行う手段２２０，２１４，２１６とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、従来のＲＯＡＤＭシステムのノードを示す構成図、
【図２】図２は、従来の光分岐挿入スイッチの機能を示す図、
【図３】図３は、従来の光分岐挿入スイッチの詳細を示す構成図、
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態にかかるＶＯＡの制御回路を示す構成図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態にかかるＶＯＡの制御回路を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態では、ＶＯＡのフィードバック制御回路において、ＶＯＡの薄膜ヒータを駆動する点におけるループゲインを補正する。【００１５】
図４に、本発明の第１の実施形態にかかるＶＯＡの制御回路の構成を示す。図３に示した光分岐挿入スイッチ１０１のＶＯＡ１２２を制御するＣＯＮＴ１２５の詳細な回路構成を示す。ＶＯＡ１２２とＶＯＡ１２３の出力のいずれかを選択する光スイッチ１２４の出力には、信号光の一部を分岐するための分岐回路２１１が接続されている。分岐回路２１１により分岐された信号光は、フォトダイオード（ＰＤ）２１２により電気信号に変換される。ＰＤ２１２により変換された電気信号は、出力信号光の強度に応じた出力レベル測定値として、ＶＯＡ１２２とＶＯＡ１２３のそれぞれの制御回路に供給される。【００１６】
変換された電気信号は、差動増幅器２１３において参照信号と比較され、電気信号と参照信号の差分信号が増幅器２１４に入力される。差分信号は、増幅器２１４により増幅され、さらにバッファ２１５を介して駆動回路２２２に入力される。駆動回路２２２は、バッファ２１５の出力に応じた駆動電流を、マッハツェンダ型干渉計により構成されたＶＯＡ１２２の位相調整用の薄膜ヒータに流す。このようにして、いわゆる比例制御によるフィードバック制御を行い、マッハツェンダ型干渉計のアレイ導波路の位相を調整することにより、一方の出力導波路から出力される信号光の強度を調整することができる。【００１７】
信号処理装置（ＤＳＰ）２２０は、出力レベルの目標値を入力し、光分岐挿入スイッチ１０１の出力において、所望の信号光の強度が得られるように、信号光の減衰量を決定し、減衰量に応じた参照値を計算する。計算された参照値は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２２１に入力され、参照信号に変換されて差動増幅器２１３に入力される。このようにして、出力レベル測定値と所望の出力レベル目標値との差分に応じて、可変光減衰器の減衰量を制御する。【００１８】
また、ＤＳＰ２２０は、信号光の減衰量に応じて、フィードバック制御におけるループゲインを調整するために、増幅器２１４の帰還抵抗値を制御する。上述したように、薄膜ヒータに通電する電流値と、出力される信号光の減衰量との間の比例関係にはなく、ＶＯＡの減衰量に応じてループゲインが変化する。そこで、信号光の減衰量に応じて変化するループゲインの非線形特性を補償するために、予め信号光の減衰量とループゲインとの関係を、近似式としてまたはテーブルとして求めておく。ＤＳＰ２２０は、信号光の減衰量に応じたループゲインとなるように、デジタル可変抵抗２１６を制御する。【００１９】
このようにして、信号光の減衰量に応じたループゲインとすることにより、駆動回路２２２は、ＶＯＡ１２２の薄膜ヒータに減衰量に応じた正確な駆動電流を流すことができる。第１の実施形態によれば、光分岐挿入スイッチ１０１から出力する信号光の減衰量に応じて、最適なループゲインとなるようにフィードバック制御を行うので、応答速度が速く、精度の良いフィードバック制御が可能となる。【００２０】
図５に、本発明の第２の実施形態にかかるＶＯＡの制御回路の構成を示す。図３に示した光分岐挿入スイッチ１０１のＶＯＡ１２２を制御するＣＯＮＴ１２５の詳細な回路構成を示す。分岐回路２１１により分岐された信号光は、フォトダイオード（ＰＤ）２１２により電気信号に変換される。ＰＤ２１２により変換された電気信号は、出力信号光の強度に応じた出力レベル測定値として、ＶＯＡ１２２とＶＯＡ１２３のそれぞれの制御回路に供給される。変換された電気信号は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２３２に入力され、デジタル信号（以下、デジタル出力レベルという）に変換されて、信号処理装置（ＤＳＰ）２３０に入力される。【００２１】
ＤＳＰ２３０は、出力レベルの目標値を入力し、光分岐挿入スイッチ１０１の出力において、所望の信号光の強度が得られるように、信号光の減衰量を決定し、減衰量に応じた参照値を計算する。ＤＳＰ２３０は、計算された参照値とデジタル出力レベルとを比較し、その差分値に係数（後述するループゲインに相当する）を乗じて、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２３１に出力する。このようにして、デジタル出力レベルと所望の出力レベル目標値との差分に応じて、可変光減衰器の減衰量を制御する。【００２２】
ＤＡＣ２３１の出力は、バッファ２１５を介して駆動回路２２２に入力される。さらに駆動回路２２２は、バッファ２１５の出力に応じた駆動電流を、マッハツェンダ型干渉計により構成されたＶＯＡ１２２の位相調整用の薄膜ヒータに流す。このようにして、いわゆる比例制御によるフィードバック制御を行い、マッハツェンダ型干渉計のアレイ導波路の位相を調整することにより、一方の出力導波路から出力される信号光の強度を調整することができる。【００２３】
また、ＤＳＰ２３０は、信号光の減衰量に応じて、フィードバック制御におけるループゲインを調整するために、差分値に乗ずる係数を制御する。上述したように、薄膜ヒータに通電する電流値と、出力される信号光の減衰量との間の比例関係にはなく、ＶＯＡの減衰量に応じてループゲインが変化する。そこで、信号光の減衰量に応じて変化するループゲインの非線形特性を補償するために、予め信号光の減衰量とループゲインとの関係を、近似式としてまたはテーブルとして求めておく。ＤＳＰ２３０は、信号光の減衰量に応じたループゲインとなるように係数を制御する。【００２４】
このようにして、信号光の減衰量に応じたループゲインとすることにより、駆動回路２２２は、ＶＯＡ１２２の薄膜ヒータに減衰量に応じた正確な駆動電流を流すことができる。第２の実施形態によれば、光分岐挿入スイッチ１０１から出力する信号光の減衰量に応じて、最適なループゲインとなるようにフィードバック制御を行うので、応答速度が速く、精度の良いフィードバック制御が可能となる。【００２５】
なお、本実施形態においては、可変光減衰器の減衰量を制御する手段とループゲインの非線形特性を補償するようにフィードバック制御を行う手段とを、信号処理装置（ＤＳＰ）を用いて実現したが、マイコン（ＣＰＵ）、プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を用いて実現することもできる。
【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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【国際調査報告】
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