(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の各信号光の帯域がLバンド（波長範囲1570〜1610nm）である信号光を波長多重化した第２の信号光と励起光を同時に入射させ、前記第２の信号光を増幅するエルビウム添加ファイバアンプ(EDFA)と、
前記EDFA中を前記第２の信号光と同方向に進む前方励起光を発生する第１の光源と、
前記EDFA中を前記第２の信号光と逆方向に進む後方励起光を発生する第２の光源と、
前記EDFAから出力される前記第２の信号光のパワーをモニタする検出器と、
前記検出器で検出される第２の信号光のパワーが一定になるように前方励起光を調整する第１の制御コントローラと、
前記検出器で検出される第２の信号光のパワーが一定になるように後方励起光を調整する第２の制御コントローラとを有し、
前記第１の制御コントローラは、第１の比例要素、積分要素および微分要素とを有し、
前記第２の制御コントローラは、第２の比例要素を有し、
前記波長多重された第１の信号光の数によって、前記第１の制御コントローラの有する前記第１の比例要素、積分要素および微分要素の第１の比例ゲインと、積分時間と、微分時間とを変え、
前記波長多重された第１の信号光の数によって、前記第２の制御コントローラの有する前記第２の比例要素の第２の比例ゲインのみを変えることを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重による光伝送方式を採用したシステムに適用して好適な光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光増幅装置を中継器として用いる光伝送システムの研究・実用化が盛んである。特に、インターネットを中心としたマルチメディアサービスに対応するために、波長の異なる複数の信号光を多重化するＷＤＭ（Wavelength  Division  Multiplex）による広帯域化および大容量化が有効である。このＷＤＭ技術を用いた光通信システムにおいては、伝送距離を拡大するために全ての信号光を一括して増幅する光中継増幅器の果たす役割が非常に大きい。
【０００３】
この光増幅装置を構成するための光増幅媒体として、希土類を添加した光ファイバが有効であり、現在研究並びに実用化が進められている。特にエルビウム添加ファイバ（Erbium-Doped  Fiber：以下ＥＤＦという）は、光ファイバが低損失となる波長の広い範囲（１５３０〜１６１０ｎｍ）で増幅作用を持つため、光ファイバ通信システムに広く利用されている。
【０００４】
従来、ＥＤＦを用いた光増幅器（Erbium-Doped  Fiber  Optical  Amplifier：以下ＥＤＦＡという）はＣバンド（波長範囲１５３０〜１５６０ｎｍ）と呼ばれている波長帯域で実用化されているが、近年、さらなる波長帯域の拡大のため、Ｌバンド（波長範囲１５７０〜１６１０ｎｍ）でも実用化が進められている。
【０００５】
このような光増幅媒体に信号光の波長帯域で増幅作用を持たせるためには、光増幅媒体に信号光より短い波長の励起光を信号光と共に入射する。そして、信号光と励起光を効率よく光増幅媒体に入射させるため、光増幅媒体の端にＷＤＭ光カプラを接続する。また、光ファイバ通信システムにおいて複数の光増幅装置を中継器として用いる場合、伝送設計の観点から各光増幅装置直後の信号光の出力パワーが一定であることが望ましい。
【０００６】
このため、最も簡単には光増幅媒体の出力パワーを測定し、その測定値から求めたＷＤＭ信号光の合計出力パワーが一定となるよう励起光のパワーを調整する出力一定制御が知られている。このような制御機能の設計にはＥＤＦＡの持つ周波数応答特性の把握が必要である。文献アイイーイーイー・ホトニクス・テクノロジー・レターズ（IEEE  Photonics  Technology  Letters）  10,  11,  1551(1998)によれば、ＬバンドＥＤＦＡでは励起光源からの光がＣバンドの増幅された自然放出光（ＡＳＥ：Amplified  Spontaneous  Emission）を生じ、さらにこのＡＳＥがＬバンドを励起する二段階の励起過程の存在が指摘されている。このためＬバンドではＣバンドＥＤＦＡと周波数応答特性が異なる可能性が考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＬバンドＥＤＦＡの周波数応答特性を測定した結果、後方励起光を変調した場合にはＣバンドＥＤＦＡと同じ一次遅れ要素を示す伝達関数で表されるが（図１）、前方励起光を変調した場合にはＣバンドＥＤＦＡと異なり、伝達関数に変曲点が現れる場合があることを発見した（図２）。制御系の設計という観点からすると、ゲイン曲線にこのような変曲点がある場合、安定して大きなループゲインを確保することが難しくなる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、高価な光部品を用いることなく、部品数の少ない簡易な構成で、ＬバンドＥＤＦＡにおける好適な制御方式を提供することである。特に、部品数の少ない簡易な構成で、波長多重された信号を分離後の受信器において各信号光の光パワーを等しくすることを可能にする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による光増幅装置では、ＥＤＦＡの出力制御において、前方励起光パワーと後方励起光パワーを独立した制御コントローラで調整し、チャネル数（波長多重された信号光の数）に応じて、制御コントローラのパラメータの設定を変更することを特徴とする。
【００１０】
上記制御パラメータの設定方法については次のように行う。チャネル数が多い場合には前方励起光の調整をなるべく行わず、後方励起光の調整によりＥＤＦＡの出力制御を行う方が好ましいので、前方励起光の制御コントローラの比例ゲインを小さくとり、後方励起光の制御コントローラの比例ゲインを大きく設定する。
【００１１】
チャネル数が少ない場合には、後方励起光のパワーをゼロとしても所望の出力パワーよりも大きくなってしまう場合があるので、この場合には前方励起光の調整も行って制御する。すなわち前方励起光の制御コントローラの比例ゲインを大きくとり、後方励起光の制御コントローラの比例ゲインを小さくとって（実質ゼロとなる）ＥＤＦＡの出力制御を行う。さらに、前方励起光を調整する場合は、ＥＤＦＡの持つ周波数応答関数を考慮して、チャネル数に応じた最適な位相補償を行い、変曲点の影響が少なくなるようにして制御を行う。なお、チャネル数の代わりに、設定する信号光の出力パワーの大きさに応じて制御パラメータを変更するとしても、実質的に同等の制御を行うことが可能であり、制御特性を改善することができる。
【００１２】
具体的に、本発明の第１の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、上記励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように上記励起光を調整する制御コントローラを有し、上記波長多重された信号光の数によって制御コントローラの制御パラメータを変えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、上記励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように上記励起光を調整する制御コントローラを有し、上記制御コントローラが比例要素と積分要素と微分要素を有し、上記波長多重された信号光の数によって上記各要素の比例ゲインと積分時間と微分時間を変えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、光増幅媒体を上記信号光と同方向に進む前方励起光を発生する光源と、光増幅媒体を上記信号光と逆方向に進む後方励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように前方励起光を調整する第１の制御コントローラと後方励起光を調整する第２の制御コントローラを有し、第１の制御コントローラが比例要素と積分要素と微分要素を有し、上記波長多重された信号光の数によって第１の制御コントローラの有する各要素の比例ゲインと積分時間と微分時間を変えることを特徴とする。さらに、上記比例ゲインが上記信号光の数に対して非増加の関数であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、光増幅媒体を上記信号光と同方向に進む前方励起光を発生する光源と、光増幅媒体を上記信号光と逆方向に進む後方励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように前方励起光を調整する第１の制御コントローラと後方励起光を調整する第２の制御コントローラを有し、２つの制御コントローラが各々比例要素と積分要素と微分要素を有し、上記波長多重された信号光の数によって第１と第２の制御コントローラの有する各要素の比例ゲインと積分時間と微分時間を変えることを特徴とする。さらに、上記第１の比例ゲインが上記信号光の数に対して非増加の関数であり、上記第２の比例ゲインが上記信号光の数に対して非減少の関数であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第５の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、光増幅媒体を上記信号光と同方向に進む前方励起光を発生する複数の光源と、光増幅媒体を上記信号光と逆方向に進む後方励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように複数の前方励起光源を調整する複数の制御コントローラと後方励起光源を調整する後方励起光源制御コントローラを有し、複数の制御コントローラが各々比例要素と積分要素と微分要素を有し、上記波長多重された信号光の数によって、各制御コントローラの有する各要素の比例ゲインと積分時間と微分時間を独立に変えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第６の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、光増幅媒体を上記信号光と同方向に進む前方励起光を発生する光源と、光増幅媒体を上記信号光と逆方向に進む後方励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように前方励起光を調整する第１の制御コントローラと後方励起光を調整する第２の制御コントローラを有し、２つの制御コントローラが各々第１、および第２の比例要素を有し、波長多重された信号光の数と対応する第１の比例要素の比例ゲインと第２の比例要素の比例ゲインを示すテーブルを有し、上記信号光の数に応じて上記テーブルの値に従って第１の比例ゲインと第２の比例ゲインを変更することを特徴とする。さらに、上記第１の比例ゲインが上記信号光の数に対して非増加の関数であり、上記第２の比例ゲインが上記信号光の数に対して非減少の関数であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第７の光増幅装置は、波長多重された信号光と励起光を同時に入射させ上記信号光を増幅する光増幅媒体と、光増幅媒体を上記信号光と同方向に進む前方励起光を発生する複数の光源と、光増幅媒体を上記信号光と逆方向に進む後方励起光を発生する光源と、上記光増幅媒体から出力される信号光のパワーをモニタする検出器と、上記検出器で検出された信号光のパワーが一定になるように複数の前方励起光源を調整する複数の前方励起光源制御コントローラと後方励起光を調整する後方励起光源制御コントローラを有し、複数の前方励起光源制御コントローラおよび後方励起光源制御コントローラが各々比例要素を有し、波長多重された信号光の数と対応する各々の比例要素の比例ゲインを示すテーブルを有し、上記信号光の数に応じて上記テーブルの値に従って各々の比例ゲインを変更することを特徴とする。なお、上記の第１から第７の発明において、チャネル数の代わりに、設定する信号光の出力パワーの大きさに応じて制御パラメータを変更するとしても、実質的に同等の制御を行うことが可能である。
【００１９】
本発明の上述の各光増幅装置により、ＬバンドＥＤＦＡの出力制御において制御系を安定にする、あるいは制定時間を短くするといった制御系の特性を改善することが可能となる。特に、本発明は、わずかな電気部品の追加によって実現可能であり、高価な光部品を用いずに簡易な構成で実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図１および図２は、本発明に関わる希土類添加ファイバの性質を表す図である。希土類添加ファイバの両側から励起光を与える双方向励起とした場合に、図１は後方励起光のみを変調した場合の周波数応答特性、図２は前方励起光のみを変調した場合の周波数応答特性を示したものである。
【００２１】
実験には希土類添加ファイバとしてエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を用いた。ＥＤＦはエルビウム濃度が４００ｐｐｍで、共添加物としてＡＬ２Ｏ３を加えており、その濃度は１１０００ｐｐｍのものとした。ＥＤＦの長さは３００ｍとした。ＥＤＦの両側にはＷＤＭ光カプラを介して励起用半導体レーザを接続し、双方向から励起を行った。入力信号光の波長は１５７９ｎｍとし、入力信号光パワーを−２２ｄＢｍとした。励起光源は発振波長１４８０ｎｍ帯のファブリぺロー・レーザダイオード（ＬＤ）を用いた。この時、励起光の変調度は１５％とし、前方励起光は、図１においては１７０ｍＷ、図２においては１１２ｍＷ（ＤＣ成分）とし、後方励起光は９１ｍＷとした。
【００２２】
この図では、励起光源の駆動電流源およびＬＤの周波数応答特性をあらかじめ差し引き、ＥＤＦの応答特性のみを示してある。また、前方励起光変調時には、ＥＤＦの長さが３００ｍであるため、図中の位相の曲線は遅延を除いて示してある。また、この測定においてはＡＳＥによる周波数応答特性の影響を除くための、中心波長を信号光にあわせた半値全幅の４ｎｍの光バンドパスフィルタをＥＤＦＡ出力に設置して測定を行った。
【００２３】
図１に示したように、ＬバンドＥＤＦＡにおいて後方励起光変調時の周波数応答関数は一次遅れ要素を表す伝達関数となる。しかし、図２に示したように、前方励起光変調時のＥＤＦＡの周波数応答特性は、単純な一次遅れ要素だけでは表せないことがわかる。ここで、図１、図２のゲイン曲線は、最大値で規格化（最大値＝０ｄＢ）してある。図１の後方励起光変調時では周波数が高くなるにつれゲイン曲線は減衰し、位相曲線も単調に０°から−９０°へと減少している。しかし、それに対し図２の前方励起光変調時では周波数が高くなるにつれゲイン曲線は徐々に下がっていくが、１０３Ｈｚを超えたあたりでゆるやかに盛り上がりそこから減少、すなわち２つの変曲点を持ったカーブを描いている。これに対応して位相曲線も単調に０°から−９０°へと減少せずに１０３Ｈｚ近傍で極大値を持つ。このような前方励起光および後方励起光変調時の周波数応答特性を考慮した好適な制御方法を有する光増幅装置について説明する。
【００２４】
本発明の第１の実施例の光増幅装置を図３に示す。本実施例は、入力ポート１０から入力された信号光に前方励起光を合波するＷＤＭ光カプラ３１と、ＷＤＭ信号光を増幅する希土類添加ファイバ２０と、希土類添加ファイバ２０の出力側に接続され後方励起光を合波するＷＤＭ光カプラ３０と、前方励起光を発する光源である励起ＬＤ４１と、後方励起光を発する光源である励起ＬＤ４０と、励起ＬＤ４０、４１を駆動するための励起光源駆動電流源５０、５１と、励起光パワーを制御する励起光パワー制御部２００、２０１と、監視制御信号処理部３００と、希土類添加ファイバ２０の出力光の大部分を出力ポート１１に出力し、一部分を分離して取り出すタップカプラ１００と、タップカプラ１００からの分離された出力光から希土類添加ファイバ２０の出力光パワーを検出する光検出部１１０とによって構成される。
【００２５】
上記励起光パワーを制御する励起光パワー制御部２００、２０１は、さらに比例要素２１０、２１１と、積分要素２２０、２２１と、微分要素２３０、２３１とから構成される。ただし、比例要素、積分要素、微分要素の順番はこの通りでなくても構わない。
【００２６】
励起ＬＤ４１、４２は、多くの場合ファブリペロー共振器を伴って構成される。光検出器１１０は、タップカプラ１００から分離された出力光を取り込み、光パワーに応じた大きさの電流を出力光パワーのモニタ量として出力する。この出力光パワーのモニタ量が励起光パワー制御部２００、２０１に出力される。
【００２７】
さらに、本発明による光増幅装置はチャネル数（波長多重数）を識別するための監視制御信号処理部３００を有する。監視制御信号処理部３００に波長多重数を認識させる方法としては、信号光とは別の波長を持つ監視制御信号によって伝達させる方法がある。あるいは、保守者等がネットワーク管理ソフト（オペレーションシステム）を用いて入力するという方法であっても構わない。あるいは、入力された信号光を波長毎に掃引してモニタし、ピーク数を数えるといった方法でも構わない。
【００２８】
監視制御信号処理部３００は、このようにして得られたチャネル数情報を用いて励起光パワー制御部２００、２０１の比例要素、積分要素、微分要素の各制御パラメータをチャネル数に応じて最適な値を与えるよう変更する。チャネル数と最適な制御パラメータとの関係は、あらかじめ測定により求めておき、テーブルに記録しておく。そしてこのテーブルの値に従い、監視制御信号処理部３００は、励起光パワー制御部２００、２０１の比例要素、積分要素、微分要素が持つ制御パラメータである比例ゲイン、積分時間、微分時間をチャネル数に応じて変更する。
【００２９】
励起光パワー制御部２００、２０１にある比例要素、積分要素、微分要素の一例を図１２、１３、１４に各々示す。図１２に示した例では、比例要素は差動増幅部４００と電位付与部４１０と２つの抵抗から構成される。ここで、電位付与部によって与えられる電位をＶｒｅｆ，入力電位をＶｉ，出力電位をＶｏとし、２つの抵抗の値をＲ１，Ｒ２とすると、伝達関数Ｇｐは数１で表される。
【００３０】
【数１】
0003890931.tif 000002
このように比例要素のゲインは−（Ｒ２／Ｒ１）となる。ここで負の符号がつくことで、Ｖｉが所望の設定値Ｖｒｅｆより大きい場合には励起光源のパワーを下げる方向に、ＶｉがＶｒｅｆより小さい場合には励起光源のパワーを上げる方向に制御することを示している。
【００３１】
次に、図１３に示した例では、積分要素は差動増幅部４００とコンデンサーと２つの抵抗から構成される。同様に、伝達関数は次の数２で与えられる。
【００３２】
【数２】
0003890931.tif 000003
図１４に示した例では、微分要素は差動増幅部４００とコンデンサーと２つの抵抗から構成される。同様に、伝達関数は数３で与えられる。
【００３３】
【数３】
0003890931.tif 000004
これら３つの要素を組み合わせることで、数４で与えられる伝達関数ＧＰＩＤを持つＰＩＤ（Proportion  Integration  Differential）コントローラを実現することができる。ここで、数４中の各パラメータＫｐは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、Ｔｄは微分時間を示す。
【００３４】
【数４】
0003890931.tif 000005
以上の例では、比例要素、積分要素、微分要素、各々について作動増幅部を用いた構成であったが、簡単にはＰＩＤコントローラを一つの差動増幅部によって構成することも可能である。その例を図１５に示す。この構成では、制御パラメータＫｐ，ＴＩ，Ｔｄと図中のＲ１，Ｒ２，ＣＩ，ＣＤの関係は、数５のように対応させることが可能である。
【００３５】
【数５】
0003890931.tif 000006
次に、前側励起光の伝達関数を考慮したＰＩＤ制御を考え、ＰＩＤコントローラのパラメータ最適化を行う。本発明の第１の実施例である図３に示す構成では、チャネル数に応じて前方励起光を制御する場合に最適なＰＩＤパラメータ（Ｋｐ，ＴＩ，ＴＤ）を与える仕組みとなっている。
【００３６】
ここで、最適なＰＩＤパラメータを求めるためのモデルを図５に示す。ここでは、制御対象として、励起ＬＤおよびその駆動電流源の伝達関数ＧＬＤ（ｓ）、ＥＤＦＡの伝達関数ＧＥＤＦＡ（ｓ）を考える。伝達関数ＧＬＤ（ｓ）とＧＥＤＦＡ（ｓ）の積、ＧＬＤ（ｓ）・ＧＥＤＦＡ（ｓ）が、制御対象を表す伝達関数である。また、簡単のためにここではＧＬＤ（ｓ）＝１とする。
【００３７】
前方励起光変調時の伝達関数ＧＥＤＦＡ（ｓ）の周波数応答特性のゲイン成分を図６に、位相成分を図７に示す。図２の実験結果ではＥＤＦ長３００ｍ分の遅延を考慮し、その分の遅延を除いて周波数応答特性を示したが、図６、図７ではＥＤＦ長による遅延を考慮して示してある。制御系のモデルとしては、図５に示すように制御対象の出力をモニタし、その値が目標値と一致するよう制御ループとコントローラを設ける。ここで、コントローラの伝達関数をＧｃ（ｓ）とする。まず、比例制御、すなわち、Ｇｃ（ｓ）がＰ要素のみでコントローラの伝達関数が次の数６で表される場合を考える。
【００３８】
【数６】
0003890931.tif 000007
Ｐ制御では、一巡伝達関数Ｇｃ（ｓ）・ＧＬＤ（ｓ）・ＧＥＤＦＡ（ｓ）の周波数応答特性は、ゲイン成分は比例ゲインＫｐだけ縦軸方向にシフトし、位相成分は変化しない。制御特性をよくするためには、オフセット（目標値と制御による収束値との偏差）を減らす必要がある。このためには、比例ゲインをなるべく大きくとる必要がある。しかし、比例ゲインを大きくとりすぎると位相が１８０°の時のループゲイン（一巡伝達関数のゲイン）が１より大きくなり（ｄＢ表記で正の値）、発振が生じる。
【００３９】
このような不安定性を引き起こさないためにＰ制御では比例ゲインの大きさが制限されてしまうのでオフセットを十分小さくすることができなくなる。発振を生じない範囲で最大の比例ゲインＫｐをとった場合について一巡伝達関数の周波数応答特性のゲイン成分と位相成分を各々図６、図７に示す。ただし、Ｐ制御では位相の周波数応答特性は変化しない。
【００４０】
次に、ＰＩＤ制御を行う場合について説明する。ここでは、コントローラの各パラメータＫｐ，ＴＩ，Ｔｄの値を決定するためのアルゴリズムとして、限界感度法を用いた。
【００４１】
限界感度法とは制御対象の周波数応答関数において位相が１８０°となるときのゲインを求め、その逆数（限界感度Ｋｌ）および周期（限界周期Ｔｌ）をもとにＰＩＤパラメータを求める方法である。上記ＫｌおよびＴｌと最適なＰＩＤパラメータとの関係は、次の数７で表される。
【００４２】
【数７】
0003890931.tif 000008
このようにしてＰＩＤパラメータの目安が求められる。そして、その近傍でＫｐ，ＴＩ，Ｔｄの値を少しずつ変えながらステップ応答を数値計算する。そして、評価関数Ｉｅが小さくなるようＫｐ，ＴＩ，Ｔｄを調整し、それぞれ行き過ぎを許容する場合、行き過ぎをしない場合のパラメータ最適化を行った。ただし、ここでの評価関数とは、数８で定義される関数であり、ｅは目標値からの偏差を表す。このようにして決定したＰＩＤパラメータによる一巡伝達関数の周波数応答特性のゲイン曲線と位相曲線を各々図６、図７に示す。
【００４３】
【数８】
0003890931.tif 000009
次に、Ｐ制御およびＰＩＤ制御を行った場合の制御系におけるステップ応答を数値計算によって求めた結果を図１６に示す。Ｐ制御では発振を起こさない範囲でＫｐを最大にすることで、オフセットを小さく、かつ制御が収束する時間を短くすることができる。しかし、図１６に示したように前方励起光変調時の伝達関数ＧＥＤＦＡ（ｓ）では、発振を起こさないようにするとＫｐをあまり大きくとれないため、オフセットが残ってしまう。このように、前方励起光による制御を行う場合でも、位相補償（ＴＩ，ＴＤの値最適化）により“行過ぎ有”、“行過ぎ無”どちらの場合においても、制御特性が改善、具体的には、オフセットを小さく抑え、制定時間を短縮することが可能となる。
【００４４】
ＥＤＦＡにおいては、入力条件や所望の出力パワーに応じて伝達関数の次定数が変化することが知られている。よって、チャネル数（波長多重数）に応じて最適なＫｐ，ＴＩ，ＴＤを変えることで、精度よく制定時間の短い制御を行うことが可能となる。ここで、後方励起光を調整する場合について述べておくと、伝達関数は単純な一次遅れ要素であるため、励起用ＬＤ、それを駆動する電流源やコントローラに用いるオペアンプ等の影響を考えなければ、Ｋｐをいくら大きくしても発振は起きない。よって、Ｐ制御のみでオフセットを小さく、かつ制御が収束する時間を短くすることができる。
【００４５】
次に、本発明による第１の実施例を簡略化した第２の実施例の構成について、図４を用いて説明する。この例では、後方励起光の制御は、積分要素、微分要素を省略しＰ制御のみにより行う。前述したように後方励起光変調時は、単純な一次遅れ要素となるので、他に制御系を不安定にする要因が無ければＰ制御のみで十分な特性が得られる。よって、前方励起光はＰＩＤ制御とし、チャネル数に応じて制御パラメータを変更する構成とした例である。
【００４６】
次に本発明による第１の実施例を簡略化した第３の実施例の構成について、図８を用いて説明する。この実施例では、積分要素、微分要素については省略して示してある。前方励起光の制御を行う比例要素２１１は、減衰部４２１と、加算部４３１と、電位付与部４４１から構成される。
【００４７】
監視制御信号処理部３００からのチャネル数情報に応じ、減衰部４２１と電位付与部４４１は次のように設定される。大きな出力パワーが要求される、すなわちチャネル数が多いときは、後方励起光の調整を主に行うことで出力一定制御を行う。このとき、減衰部４２１の大きさをａ１とすると（０≦ａ１＜１）、制御信号はａ１に減少され、前方励起光パワーの変化分を小さくすることができる。光増幅装置の雑音指数を劣化させないためには、ある程度の前方励起光パワーが必要である。このために必要な前方励起光パワーは、電位付与部４４１を設けることで与える。例えば、電位付与部４４１に与える電位を１−ａ１として与えれば、チャネル数が変化しても励起ＬＤに与えられる電流が最大定格を越えないようにして制御することが可能となる。
【００４８】
次に、小さな出力パワーが要求される、すなわちチャネル数が少ないときは後方励起光パワーをゼロにしても出力が目標値よりも大きくなってしまい、出力一定制御を行えない場合が生じるかもしれない。この時の減衰部４２１の大きさをａ１より大きなａ２とすると（０≦ａ１＜ａ２≦１）、差動増幅部４００からの制御信号はａ１に減少されるが、この場合の前方励起光パワーの変化分はチャネル数が多いときよりも大きくすることができる。光増幅装置の雑音指数を劣化させないためには、ある程度の前方励起光パワーが必要である。このために必要な前方励起光パワーは、電位付与部４４１の電位を例えば、１−ａ２として与えることで実現できる。この時、制御ループが発振を生じず、かつオフセットを制御系の設計において許容できる範囲で小さくできるのであれば、さらなる簡略化のためには積分要素、微分要素を省いても構わない。
【００４９】
また、本発明による第３の実施例の拡張として、ＥＤＦＡを多段に接続した場合においても適用が可能である。図９に本発明による第４の実施例を示す。本実施例ではＥＤＦＡが２段に配置され、前段ＥＤＦＡの前方励起光パワーが比例要素２１２で制御され、後段ＥＤＦＡの前方励起光パワーが比例要素２１１で、後方励起光パワーが比例要素２１０で制御される例を示してある。本実施例においても、第３の実施例と同様に、チャネル数が多いときは励起ＬＤ４０を主に調整することで制御を行い、チャネル数が減少した場合には励起ＬＤ４１を調整し、さらにチャネル数が減少した場合には励起ＬＤ４２を調整することで、所望の出力パワーとなるよう制御する。
【００５０】
次に本発明による第１の実施例を簡略化した第５の実施例の構成について図１０を用いて説明する。この図では、積分要素、微分要素については省略して示してある。前方励起光の制御を行う比例要素２１１は、スイッチ部４５１と、積算部４６１と、電位付与部４７１から構成される。また、後方励起光のための駆動電流源５０と比例要素２１０の間にもスイッチ部４５０を設ける。
【００５１】
監視制御信号処理部３００からのチャネル数情報に応じ、スイッチ部４５０、４５１と電位付与部４７１は次のように設定される。大きな出力パワーが要求される、すなわちチャネル数が多いときは、後方励起光の調整を主に行うことで出力一定制御を行う。このとき、スイッチ部４５０はオン、スイッチ部４５１はオフとして、後方励起光を調整し、前方励起光パワーを変化させないようにする。光増幅装置の雑音指数を劣化させないため、また所望の出力を得るためには、ある程度の前方励起光パワーが必要である。このために必要な前方励起光パワーは、電位付与部４７１によって与える。
【００５２】
次に、小さな出力パワーが要求される、すなわちチャネル数が少ないときは後方励起光パワーをゼロにしても出力が目標値よりも大きく、出力一定制御を行えない場合が生じる。このとき、スイッチ部４５０はオフ、スイッチ部４５１はオンとして後方励起光パワーをゼロとし、前方励起光パワーを調整することで出力一定制御を実現する。同様に、光増幅装置の雑音指数を劣化させないため、また所望の出力を得るための前方励起光パワーは、電位付与部４７１を設定することで与えることができる。この時、制御ループが発振を生じず、かつオフセットを制御系の設計において許容できる範囲で小さくできるのであれば、さらなる簡略化のためには積分要素、微分要素を省いても構わない。
【００５３】
また、本発明による第５の実施例の拡張として、ＥＤＦＡを多段に接続した場合においても、適用が可能である。図１１に本発明による第６の実施例を示す。この例ではＥＤＦＡが二段に配置され、前段ＥＤＦＡの前方励起光パワーが比例要素２１２で制御され、後段ＥＤＦＡの前方励起光パワーが比例要素２１１で、後方励起光パワーが比例要素２１０で制御される例を示してある。
【００５４】
本実施例においても、第５の実施例と同様にチャネル数が多いときはスイッチ部４５０をオン、４５１と４５２をオフとして励起ＬＤ４０を調整することで制御を行う。そして、電位付与部４７１と４７２を所望の雑音指数と出力パワーを得られるように最適な値を設定する。次に、チャネル数が減少した場合にはスイッチ部４５１をオン、４５０と４５２をオフとし、電位付与部４７１と４７２を所望の雑音指数と出力パワーを得られるように最適な値を設定する。そして、励起ＬＤ４１を調整することで、所望の出力パワーとなるよう制御することが可能となる。さらにチャネル数が減少した場合には、スイッチ部４５２をオン、４５０と４５１をオフとして、さらに電位付与部４７１と４７２を所望の雑音指数と出力パワーを得られるように最適な値を設定する。そして、励起ＬＤ４２を調整することで、所望の出力パワーとなるよう制御することが可能となる。
【００５５】
以上のようにして本発明の実施の形態において、光増幅装置の雑音指数や最大出力等の光増幅特性を劣化することなく、さらに高価な光部品を追加することなしに、オペアンプ等の安価でコンパクトな電気回路で構成することが可能であり、制御性に優れた光増幅装置を提供するが可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の上述の各光増幅装置により、希土類添加ファイバ光増幅装置、特にＬバンドＥＤＦＡの出力制御において、光増幅装置の雑音指数や最大出力等の光増幅特性を劣化することなく、制御系を安定にする、あるいは制定時間を短くするといった制御系の特性を改善することが可能となる。特に、本発明は、わずかな電気部品の追加によって実現可能であり、高価な光部品を用いずに簡易な構成で実現することができる。さらに、本発明の光増幅装置を用いることで、伝送特性の優れた簡易で安価な光通信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】希土類添加ファイバの後方励起光のみを変調した場合の周波数応答特性図。
【図２】希土類添加ファイバの前方励起光のみを変調した場合の周波数応答特性図。
【図３】本発明の第１の実施例の光増幅装置を示すブロック図。
【図４】本発明の第２の実施例の光増幅装置を示すブロック図。
【図５】本発明に係る光増幅装置の制御系のモデルを示すブロック図。
【図６】本発明に係る光増幅装置の周波数応答のゲイン成分を示す特性図。
【図７】本発明に係る光増幅装置の周波数応答の位相成分を示す特性図。
【図８】本発明の第３の実施例の光増幅装置を示すブロック図。
【図９】本発明の第４の実施例の光増幅装置を示すブロック図。
【図１０】本発明の第５の実施例の光増幅装置を示すブロック図。
【図１１】本発明の第６の実施例の光増幅装置を示すブロック図。
【図１２】本発明に係る光増幅装置の比例要素部の構成例を示す回路図。
【図１３】本発明に係る光増幅装置の積分要素部の構成例を示す回路図。
【図１４】本発明に係る光増幅装置の微分要素部の構成例を示す回路図。
【図１５】本発明に係る光増幅装置の励起光パワー制御部の構成例を示す回路図。
【図１６】本発明に係る光増幅装置の効果を示すステップ応答を説明するための特性図。
【符号の説明】
１０…入力ポート、１１…出力ポート、２０、２１…希土類添加ファイバ、３０〜３２…ＷＤＭ光カプラ、４０〜４２…励起レーザダイオード、５０〜５２…励起光源駆動電流源、１００，１０１…タップカプラ、１１０…光検出器、２００，２０１…制御コントローラ、２１０〜２１２…比例要素、２２０，２２１…積分要素、２３０，２３１…微分要素、３００…監視制御信号処理部、４００…差動増幅部、４１０、４４１、４４２、４７１、４７２…電位付与部、４２１、４２２…減衰部、４３１、４３２…加算部、４５０〜４５２…スイッチ部、４６１〜４６３…積算部。
【図１】
0003890931.tif 000010
【図２】
0003890931.tif 000011
【図３】
0003890931.tif 000012
【図４】
0003890931.tif 000013
【図５】
0003890931.tif 000014
【図６】
0003890931.tif 000015
【図７】
0003890931.tif 000016
【図８】
0003890931.tif 000017
【図９】
0003890931.tif 000018
【図１０】
0003890931.tif 000019
【図１１】
0003890931.tif 000020
【図１２】
0003890931.tif 000021
【図１３】
0003890931.tif 000022
【図１４】
0003890931.tif 000023
【図１５】
0003890931.tif 000024
【図１６】
0003890931.tif 000025