(57)【要約】      （修正有）【課題】光増幅器のパフォーマンスを改善するための電流増幅方法及びシステムを提供する。【解決手段】光増幅器に対する入力パワーを表す電流レベルと、光増幅器の出力光パワーレベルを表す電流レベルとを等化する。入力対数アンプの第１帯域幅は、ゲイン制御ループ回路の出力対数アンプの第２帯域幅に適合し、入力光パワーによらず、光増幅器のゲイン精度の一過性の揺らぎを全体的に改善する。光増幅器は、入力信号に一過性の揺らぎが存在する場合でも、所定のゲインレベルで動作することが可能になる。【選択図】図２
2017055402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅器における電流増幅のための方法であって：
複数の波長を含む光信号を送信方向で受信する工程；
受信した光信号を第1電流に第1フォトディテクタにおいて変換する工程；
前記第1電流を、前記第1電流を表す第1電圧に変換する工程；
前記第1電圧を、前記第1電流より大きな第2電流に変換する工程；及び
前記第2電流を使用して、ドープファイバ増幅要素のための光ポンプ信号を生成する工程；
を有し、前記光ポンプ信号を生成する工程は：
第1対数増幅器を使用して、前記第2電流から第2電圧を生成する工程；及び
第2対数増幅器を使用して、前記ドープファイバ増幅要素の出力に結合される第2フォトディテクタにより出力される第3電流から第3電圧を生成する工程；
を有し、前記第1電圧を前記第2電流に変換することは、前記第2電流を前記第3電流に等化することを含む、方法。
【請求項２】
前記第1電流を前記第1電圧に変換することは、トランスインピーダンス増幅器を使用して、前記第1電流を前記第1電圧に変換することを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1電圧を前記第2電流に変換することは、前記第2電流を生成するために、電圧-電流変換比率を選択することを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧-電流変換比率は、抵抗ラダー回路網を利用して選択される、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記第2電流は、前記第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型である、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
光信号を送信方向で受信するドープファイバ増幅要素；
前記ドープファイバ増幅要素に対する入力側に位置し、前記光信号を表す第1電流を生成する第1フォトディテクタ；
前記第1電流を第1電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器；
前記第1電圧を、前記第1電流より大きな第2電流に変換する電圧-電流変換器であって、前記第2電流を、前記ドープファイバ増幅要素により生成される増幅された光信号を表す第3電流に等化する、電圧-電流変換器；及び
前記第2電流を使用して、前記ドープファイバ増幅要素に対する光ポンプ信号を生成するゲイン制御回路；
を有する光増幅器。
【請求項８】
前記ゲイン制御回路は、前記第2電流から第2電圧を生成する第1対数増幅器を更に有する、請求項7に記載の光増幅器。
【請求項９】
前記第2電流は、前記第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする、請求項8に記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記ゲイン制御回路は、前記第2電圧と前記第3電流を表す第3電圧とを加算する加算ノードを更に有する、請求項8に記載の光増幅器。
【請求項１１】
前記ゲイン制御回路は：
前記第3電流を生成するために、前記増幅された光信号を受ける第2フォトディテクタ；及び
前記第2フォトディテクタから前記第3電流を受信することにより前記第3電圧を生成する第2対数増幅器；
を更に有する請求項10に記載の光増幅器。
【請求項１２】
前記電圧-電流変換器は、抵抗ラダー回路網を使用して電圧-電流比率の選択を可能にする、請求項7に記載の光増幅器。
【請求項１３】
前記ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型である、請求項7に記載の光増幅器。
【請求項１４】
光増幅器を有する光通信システムであって、前記光増幅器は：
光信号を送信方向で受信するドープファイバ増幅要素；
前記ドープファイバ増幅要素に対する入力側に位置し、前記光信号を表す第1電流を生成する第1フォトディテクタ；
前記第1電流を第1電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器；
前記第1電圧を、前記第1電流より大きな第2電流に変換する電圧-電流変換器であって、前記第2電流を、前記ドープファイバ増幅要素により生成される増幅された光信号を表す第3電流に等化する、電圧-電流変換器；及び
前記第2電流を使用して、前記ドープファイバ増幅要素に対する光ポンプ信号を生成するゲイン制御回路；
を有する、光通信システム。
【請求項１５】
前記ゲイン制御回路は、前記第2電流から第2電圧を生成する第1対数増幅器を更に有する、請求項14に記載の光通信システム。
【請求項１６】
前記第2電流は、前記第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする、請求項15に記載の光通信システム。
【請求項１７】
前記ゲイン制御回路は、前記第2電圧と前記第3電流を表す第3電圧とを加算する加算ノードを更に有する、請求項15に記載の光通信システム。
【請求項１８】
前記ゲイン制御回路は：
前記第3電流を生成するために、前記増幅された光信号を受ける第2フォトディテクタ；及び
前記第2フォトディテクタから前記第3電流を受信することにより前記第3電圧を生成する第2対数増幅器；
を更に有する請求項17に記載の光通信システム。
【請求項１９】
前記電圧-電流変換器は、抵抗ラダー回路網を使用して電圧-電流比率の選択を可能にする、請求項14に記載の光通信システム。
【請求項２０】
前記ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型である、請求項14に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に光通信ネットワークに関連し、特に、光増幅器のパフォーマンスを改善する電流増幅のためのシステム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
テレコミュニケーション、ケーブルテレビジョン及びデータ通信システムは、遠く離れた地点間で大量の情報を速やかに搬送するために光ネットワークを利用する。光ネットワークでは、情報は光ファイバを介する光信号の形式で搬送される。光ネットワークは、増幅器、分散補償器、マルチプレクサ/デマルチプレクサフィルタ、波長選択スイッチ、光スイッチ、カプラ等のようなネットワーク内で様々な動作を実行するための様々なネットワーク要素を含む。
【０００３】
特に、光ネットワークは、例えば光分岐挿入マルチプレクサ(optical  add-drop  multiplexers：OADMs)を利用して、様々な個別チャネルを送信するように再構成されてもよい。その方法では、個々のチャネル(即ち、波長)は、光ネットワークに沿う様々な場所で加えられ又は除去され、様々なネットワーク構成及びトポロジを可能にする。しかしながら、そのようなネットワーク再構成のイベントは、生き残っているチャネル内での一過性のパワー(power  transient)をもたらす結果となり得る。しかしながら、ネットワーク再構成の結果としての定常状態ゲインオフセットは、光ネットワークにおける信号パワー及び光信号対雑音比(OSNR)における望まれない変動を招く結果となる。
【発明の概要】
【０００４】
一形態では、開示される方法は、光増幅器のパフォーマンスを改善する電流増幅に関する。本方法は、複数の波長を含む光信号を送信方向で受信する工程；受信した光信号を第1電流に第1フォトディテクタにおいて変換する工程；第1電流を、第1電流を表す第1電圧に変換する工程；第1電圧を、第1電流より大きな第2電流に変換する工程；及び；第2電流を使用して、ドープファイバ増幅要素のための光ポンプ信号を生成する工程；を有する。本方法では、第2電流を使用して光ポンプ信号を生成することは、  第1対数増幅器を使用して、前記第2電流から第2電圧を生成すること；及び；第2対数増幅器を使用して、ドープファイバ増幅要素の出力に結合される第2フォトディテクタにより出力される第3電流から第3電圧を生成すること；を含む。本方法では、第1電圧を第2電流に変換することは、第2電流を第3電流に等化することを含む。
【０００５】
開示される方法の実施形態のうちの何れかにおいて、第1電流を第1電圧に変換することは、トランスインピーダンス増幅器を使用して、第1電流を第1電圧に変換することを含んでもよい。開示される方法の実施形態のうちの何れかにおいて、第1電圧を第2電流に変換することは、第2電流を生成するために、電圧-電流変換比率を選択することを含んでもよい。本法において、電圧-電流変換比率は、抵抗ラダー回路網を利用して選択されてもよい。
【０００６】
開示される方法の実施形態のうちの何れかにおいて、第2電流は、第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする。開示される方法の実施形態のうちの何れかにおいて、ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型であってもよい。
【０００７】
別の形態では、光増幅器が開示される。光増幅器は、光信号を送信方向で受信するドープファイバ増幅要素；ドープファイバ増幅要素に対する入力側に位置し、光信号を表す第1電流を生成する第1フォトディテクタ；第1電流を第1電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器；第1電圧を、第1電流より大きな第2電流に変換する電圧-電流変換器であって、第2電流を、ドープファイバ増幅要素により生成される増幅された光信号を表す第3電流に等化する、電圧-電流変換器；を含む。光増幅器は、第2電流を使用して、ドープファイバ増幅要素に対する光ポンプ信号を生成するゲイン制御回路を含む。
【０００８】
光増幅器の実施形態のうちの何れかにおいて、ゲイン制御回路は、第2電流から第2電圧を生成する第1対数増幅器を更に含んでもよい。光増幅器において、第2電流は、第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする。
【０００９】
開示される光増幅器の実施形態のうちの何れかにおいて、ゲイン制御回路は、第2電圧と第3電流を表す第3電圧とを加算する加算ノードを更に含んでよい。開示される光増幅器の実施形態のうちの何れかにおいて、ゲイン制御回路は、第3電流を生成するために、増幅された光信号を受ける第2フォトディテクタ；及び；第2フォトディテクタから第3電流を受信することにより第3電圧を生成する第2対数増幅器；を更に含んでよい。光増幅器において、電圧-電流変換器は、抵抗ラダー回路網を使用して電圧-電流比率の選択を可能にする。
【００１０】
開示される光増幅器の実施形態のうちの何れかにおいて、ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型であってもよい。
【００１１】
光増幅器のパフォーマンスを改善するための電流増幅に関する開示される更なる形態は、上述したような光増幅器を含む光通信システムを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明及びその特徴ないし利点の更なる完全な理解のために、添付図面に関連する以下の詳細な説明が参照される。
【００１３】
【図１】一形態の光ネットワークのうち選択された要素についてのブロック図。
【００１４】
【図２】一形態の光増幅器のうち選択された要素についてのブロック図。
【００１５】
【図３】光増幅器のパフォーマンスを改善するための一形態の電流増幅方法のうち選択された要素についてのフローチャートを示す図。
【００１６】
【図４】光増幅器のパフォーマンスを改善するための一形態の電流増幅方法のうち選択された要素についてのフローチャートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の記述では、開示される対象事項の議論を促すために詳細な事項が例示的に説明される。しかしながら、開示される実施形態は例示的であり且つ全ての可能な実施形態を網羅したものでないことは、当業者にとって明らかであろう。
【００１８】
本開示において、参照番号にハイフンが付いた形式は或る要素のうちの特定の例を指し、参照番号にハイフンが付いてない形式は全体的又は集合的に要素を指している。すなわち、(図面には示されていない)一例として、ウィジェット「12-1」はウィジェットのクラスのうちのインスタンスを示し、ウィジェットのクラスはウィジェット「12」としてまとめて言及されてもよく、クラスのうちの何れも一般的にウィジェット「12」として言及されてもよい。図面及び明細書において、同様な番号は同様な要素を表現するように意図されている。
【００１９】
図面を参照すると、図1は、光通信システムを表現する光ネットワーク101の実施例を示している。光ネットワーク101は、光ネットワーク101のコンポーネントにより伝達される1つ以上の光信号を伝送するように構成された1つ以上の光ファイバ106を含む。ファイバ106により共に結合される光ネットワーク101のネットワーク要素は、1つ以上の送信機102、1つ以上のマルチプレクサ(MUX)104、1つ以上の光増幅器108、1つ以上の光分岐挿入マルチプレクサ(OADM)110、1つ以上のデマルチプレクサ(DEMUX)105、及び、1つ以上の受信機112を有する。
【００２０】
光ネットワーク101は、端末ノードとの1対1光ネットワーク、リング光ネットワーク、メッシュ光ネットワーク、他の適切な任意の光ネットワーク、又は、光ネットワークの組み合わせを含んでよい。光ファイバ106は、非常に小さな損失で長距離にわたって信号を通信することが可能な細いガラス繊維を有する。光ファイバ106は、光通信用の多種多様なファイバの中から選択された適切なタイプのファイバを含む。
【００２１】
光ネットワーク101は、光ファイバ106にわたって光信号を伝達するように構成されるデバイスを含んでよい。情報は、情報を波長にエンコードする1つ以上の光波長の変調によって、光ネットワーク101を介して送受信される。光ネットワーキングでは、光の波長はチャネルとして言及されてよい。各々のチャネルは光ネットワーク101を介して所定の情報量を搬送するように構成される。
【００２２】
光ネットワーク101の情報容量及び伝送能力を増やすために、複数のチャネルで送信される複数の信号は、1つのワイドバンド光信号に統合されてもよい。複数のチャネルで情報を通信するプロセスは、光学の分野では波長分割多重(wavelength  division  multiplexing：WDM)として言及される。低密度波長分割多重(Coarse  WDM：CWDM)は、通常、20nmより広く16波長より少ない少数のチャネルを有する幅広い間隔の波長多重を指し、高密度波長分割多重(Dense  WDM：DWDM)は、通常、0.8nmより狭く40波長より多い多数のチャネルをファイバ内に有する間隔が狭い波長多重を指す。WDM又はその他のマルチ波長多重伝送技術は、光ファイバ当たりの合計帯域幅を増やすために光ネットワークで使用される。WDMを利用しない場合、光ネットワークの帯域幅は、一波長単独のビットレートに制限される。多くの帯域幅を利用する場合、光ネットワークは多くの情報量を送信することが可能である。光ネットワーク101は、WDM又は他の何らかのマルチチャネル多重技術を利用して異なるチャネルを送信し、マルチチャネル信号を増幅するように構成されてよい。
【００２３】
光ネットワーク101は、特定の波長又はチャネルで光ネットワーク101を介して光信号を送信するように構成される1つ以上の光送信機(Tx)102を含む。送信機102は、電気信号を光信号に変換し、その光信号を送信するように構成されるシステム、装置又はデバイスを含む。例えば、送信機102はそれぞれがレーザー及びモジュレータを有し、電気信号を受信し、電気信号に含まれる情報を特定の波長でレーザーにより生成される光ビームに変調し、光ネットワーク101を通じて信号を搬送するためにビームを送信する。
【００２４】
マルチプレクサ104は、送信機102に結合され、例えば各々の個別の波長で送信機102により送信される信号をWDM信号に統合するように構成されるシステム、装置又はデバイスであってもよい。
【００２５】
光増幅器108は光ネットワーク101内のマルチチャネル信号を増幅する。光増幅器108は、所定長のファイバ106の前及び後に配置されてよい。光増幅器108は、光信号を増幅するように構成されるシステム、装置又はデバイスを有する。例えば、光増幅器108は、光信号を増幅する光リピータ(又は光中継器)を有してよい。この増幅は、光-電気または電気-光変換により実行されてもよい。一実施形態では、光増幅器108は、ドープされたファイバ増幅要素を形成するために、希土類元素がドーピングされた光ファイバを含む。信号がファイバを通る場合に、光ファイバのうちのドープされた部分の原子を励起するために外部エネルギがポンプ信号の形式で印加され、光信号の強度を増やす。一例として、光増幅器108はエルビウムドープファイバ増幅器(erbium-doped  fiber  amplifier：EDFA)を含んでよい。
【００２６】
ODAM110はファイバ106を介して光ネットワーク101に結合される。ODAM110は分岐挿入モジュールを有し、分岐挿入モジュールは、ファイバ106に(例えば、個別的な波長である)光信号を追加する又はファイバ106から光信号を除去するように構成されるシステム、装置又はデバイスを含む。OADM110を通過した後、光信号は目的地まで直接的にファイバ106に沿って進行してもよいし、或いは、目的地に到達する前に、1つ以上の追加的なODAM110及び光増幅器108を介して伝達されてもよい。
【００２７】
光ネットワーク101の所定の実施形態において、ODAM110は再構築可能なOADM(reconfigurable  OADM：ROADM)を表現し、ROADMはWDM信号の個々の又は複数の波長を追加又は除去することが可能である。個々の又は複数の波長は、例えば、ROADMに含まれてよい波長選択スイッチ(WSS)(図示せず)を利用して、光領域で追加又は除去されてもよい。
【００２８】
図1に示されるように、光ネットワーク101は、ネットワーク101の1つ以上の目的地において1つ以上のデマルチプレクサ105も含んでいる。デマルチプレクサ105は、単独の複合的なWDM信号を、各自の波長の個々のチャネルに分割することにより、デマルチプレクサとして機能するシステム、装置又はデバイスを含む。例えば、光ネットワーク101は、40チャネルのDWDM信号を送信及び搬送するかもしれない。デマルチプレクサ105は、40個の異なるチャネルに応じて、単独の40チャネルのDWDM信号を、40個の個々の信号に分割する。
【００２９】
図1において、光ネットワーク101はデマルチプレクサ105に結合される受信機112も含んでいる。各々の受信機112は、特定の波長又はチャネルで送信された光信号を受信するように構成され、その光信号が含んでいる情報(即ち、データ)を取得する(例えば、復調する)ように光信号を処理する。従って、ネットワーク101は、ネットワークの全てのチャネルに対して少なくとも1つの受信機112を含む。
【００３０】
図1における光ネットワーク101のような光ネットワークは、光ファイバにより光信号で情報を搬送するために変調技術を利用してよい。そのような変調方式は、位相シフトキーイング(PSK)、周波数シフトキーイング(FSK)、振幅シフトキーイング(ASK)、及び、直交振幅変調(QAM)を、変調技術のうちの主要な具体例として含む。PSKでは、光信号により搬送される情報は、基準信号の位相を変調することにより搬送され、基準信号は、リファレンス信号、搬送波、又は単にキャリアとしても知られている。情報は、2レベル即ちバイナリシフトキーイング(BPSK)、4レベル即ち直交シフトキーイング(QPSK)、マルチレベル位相シフトキーイング(M-PSK)及び差動位相シフトキーイング(DPSK)を利用して、信号自体の位相を変調することにより搬送されてもよい。QAMでは、光信号により搬送される情報は、搬送波の振幅及び位相の双方を変調することにより搬送されてよい。PSKは、搬送波の振幅が一定に維持されているというQAMのサブセットと考えられてもよい。更に、偏波分割多重(PDM)技術は、更に高い情報送信ビットレートを達成することを可能にする。PDM送信は、チャネルに関連する光信号の様々な偏波成分に情報を変調することを含む。光信号の偏向は、光信号の振動の方向を指してもよい。「偏向(polarization)」という用語は、概して、空間中の或る地点における電場ベクトルの先端が辿る経路を指し、その経路(又はその方向)は光信号の伝搬方向に垂直である。
【００３１】
図1の光ネットワーク101のような光ネットワークでは、マネジメントプレーン、コントロールプレーン及びトランスポートプレーン(しばしば、物理レイヤと呼ばれる)に言及するのが一般的である。中心的なマネジメントホスト(図示せず)が、マネジメントプレーンに存在してもよく、コントロールプレーンのコンポーネントを設定及び監督してもよい。マネジメントプレーンは、全てのトランスポートプレーン及びコントロールプレーンのエンティティ(例えば、ネットワーク要素)に対する最終的な制御を含む。一例として、マネジメントプレーンは、1つ以上の処理リソースやデータストレージコンポーネント等を含むセントラルプロセシングセンター(例えば、セントラルマネジメントホスト)から構成されてもよい。マネジメントプレーンは、コントロールプレーンの要素と電気通信するものであってもよく、トランスポートプレーンの1つ以上のネットワーク要素と電気通信するものであってもよい。マネジメントプレーンは、全体的なシステムの管理機能を実行し、ネットワーク要素、コントロールプレーン及びトランスポートプレーンの間の調整機能を提供する。一例として、マネジメントプレーンは、エレメントの観点から1つ以上のネットワーク要素を取り扱うエレメントマネジメントシステム(EMS)、ネットワークの観点から多数のデバイスを取り扱うネットワークマネジメントシステム(NMS)、及び、ネットワークに広く及ぶ動作を取り扱うオペレーショナルサポートシステム(OSS)を含んでもよい。
【００３２】
開示範囲から逸脱することなく、光ネットワーク101に対して変形、追加又は省略が施されてもよい。例えば、光ネットワーク101は図1に示されるものよりも多数又は少数の要素を含んでもよい。上述したように、1対1ネットワークとして描かれているが、光ネットワーク101は、リング、メッシュ又は階層的なネットワークトポロジのような、光信号を送信する適切な任意のネットワークトポロジを含んでよい。
【００３３】
上述したように、光ネットワークを介して送信されてよい情報量は、情報とともに符号化され且つ1つの信号に多重化される光チャネルの数に応じて変動し得る。従って、WDM信号を利用する光信号は、単独チャネルで情報を搬送する光ファイバよりも多くの情報を搬送し得る。チャネル数及び搬送される偏波成分の数と並んで、光ネットワークを介してどの程度多くの情報が送信され得るかに影響する別の要因は、送信のビットレートである。ビットレートが高いほど、送信される情報容量は大きい。より高いビットレートを達成することは、広い帯域幅の電気ドライバ技術やディジタル信号プロセッサ技術の利用可能性、及び、光ネットワーク101を介する送信に必要なOSNRの増加により制限される。
【００３４】
光ネットワーク101の動作において、個々のチャネルを追加又は除去するように光信号を再構成することは、OADM110で実行されてよい。そのような分岐/挿入の下では、生き残っているチャネルは、過大なゲイン又は過小なゲインを招く一過性のパワー(transient  power)に組織的に委ねられる。生き残りチャネルについての過小又は過大なゲインは、カスケード光増幅器108に沿って速やかに蓄積され、その一過性のゲインオフセットは出力信号パワー及び受信OSNRにおける望まれない変動を招くおそれがある。特に、例えば毎秒100ギガビットに及ぶ高いビットレートが光ネットワーク101での送信に使用される場合、そのような高いビットレートを達成するための受信OSNRは、一過性のゲイン(transient  gain：TG)効果に起因して減ってしまうかもしれない。ネットワークスループットに加えて、一過性のゲイン効果に起因するOSNRの変動は、光ネットワーク101の少なくとも所定の部分の伝送距離(即ち、到達範囲又はリーチ)を制限する。
【００３５】
光ネットワーク101では、例えば光増幅器108において光速ループ制御を利用して、TG効果は動的に補償又は最小化される。しかしながら、典型的な光増幅器では、光速ループ制御は、所定の成分及び信号レベルについての帯域幅レスポンスにより制限される。具体的には、光増幅器は、光増幅器のゲインを規制するために、入力信号レベル及び出力信号レベルを測定するための光入力及び光出力における個々の光タップを含む。光タップは、フォトダイオードのようなフォトディテクタが、信号レベル(又は光パワーレベル)を表す電気信号を生成することを可能にする。典型的な光増幅器では、フォトディテクタの出力は、光増幅器の入力及び出力における電流信号として対数増幅器(「ログアンプ」と言及されてもよい)にそれぞれ直接的に供給される。光増幅器は一般に信号パワーを増やすために使用されるので、入力対数アンプにおける電流は、出力対数アンプにおける電流レベルより小さい。一過性の揺らぎが生じるような場合には、入力対数アンプにおける電流レベルは非常に小さく、実質的に100nA未満であってもよい。更に、光増幅器で使用される対数アンプの帯域幅は、一般に、入力電流レベルの減少とともに減少し、従って、光増幅器ゲイン制御ループの全体的な帯域幅を制約し、その理由は、光増幅器のゲイン制御ループの制御速度は、使用される対数アンプの帯域幅により制限されるからであり、これは望ましくない。
【００３６】
本願で更に詳細に説明されるように、光増幅器のパフォーマンスを改善する電流増幅のための開示される方法及びシステムは、入力ログアンプにおける入力電流レベルと出力ログアンプとが釣り合うように、入力フォトディテクタにおける電流レベルを増幅することを含む。光増幅器のパフォーマンスを改善する電流増幅のための開示される方法及びシステムは、入力ログアンプにおける帯域幅の制約を排除又はかなり緩和することにより、光増幅器におけるゲイン制御ループ速度を高速化する。光増幅器のパフォーマンスを改善する電流増幅のための開示される方法及びシステムは、入力信号に一過性の揺らぎが存在する場合でさえ、光増幅器が所定のゲインレベルで動作することを可能にする。
【００３７】
図2を参照すると、光増幅器のパフォーマンスを改善するために電流増幅を利用する光増幅器200の一実施形態が、ブロック図形式で示されている。図示されるように、光増幅器200は、(図1の)光増幅器108の一形態を表現し、以下において更に詳細に説明されるようなゲイン制御回路を含む。従って、光増幅器200は入力として光信号206-1を受信し、増幅された出力信号206-2を出力する。一実施形態では、光信号206におけるTG効果の原因を表現するOADM110の一例が、チャネルを挿入及び/又は分岐するために使用された後に、光ネットワーク101において光増幅器200が使用される。図2において、光増幅器200は様々な光タップ218を含むように示されており、本願で説明されるように、光タップは、光増幅器200内の様々な地点で光信号206に関する測定を実行するための任意の様々な光スプリッタを表現してよい。図2に示されるように、光増幅器200は、様々なコンポーネントを有するデバイス、及び、コンポーネント間の信号を表現し、信号は光領域の信号(実線で結ばれるように示されている)だけでなく電気領域の信号(破線で結ばれるように示されている)も含む。図2における信号線で示される矢印は、情報の流れを示すように意図されているが、必ずしも、対応する信号媒体の伝送方向(光信号又は電気信号の伝送)を表現するとは限らないことに、留意を要する。
【００３８】
図2において、光増幅器200は、光増幅器200への入力として到着した光信号206-1を測定するための光タップ218-1を含む。光タップ218-1から出力される光信号219-1は、フォトディテクタとして使用されるフォトダイオード220-1に提供される。フォトダイオード220-1は、光信号206-1の入力パワーを表現する第1電流224-1をトランスインピーダンス増幅器204に出力し、トランスインピーダンス増幅器204は電圧-電流(V-I)コンバータ228に第1電圧240を出力する。後述するように、V-Iコンバータ228は、ログアンプ226-1に第2電流238を出力するように設計され、かつ、第2電流238のレベルに関してプログラミング可能である。第2電流238は、第1電流224-1より大きくなるように選択されてもよく、かつ、ログアンプ226-1の帯域幅を制限しない範囲内にあるように選択されてもよい。様々な実施形態において、ログアンプ226-1の帯域幅は、光増幅器200において少なくとも1MHzであってもよい。
【００３９】
具体的には、第2電流238の電流レベルは、第3電流224-2と類似する範囲内にあるように適合させられ、この適合は、第2電流238の第3電流224-2に対する「等化(equalization)」と言及されてよい。電流ゲインは、第2電流238に対する第3電流224-2の比率として定義されてもよい(第3電流は、EDF212の出力を表現する)。第2電流238は、V-Iコンバータ228における電圧-電流変換比率を決定又は選択することにより、プログラムされてよい。一実施形態において、V-Iコンバータ228は抵抗器のバンクを含み、抵抗器のバンクは、電圧-電流変換の回路要素を形成するように選択的に切り替えられる。所与の実施形態において、V-Iコンバータ228は、R-2R抵抗ラダー回路網を利用する乗算型ディジタルアナログ変換器(DAC)を含み、第2電流238の電流レベルを修正することにより電流ゲインの選択を行う。この方法では、電流ゲインはプログラム可能であり且つ電流等化のために単位大きさ又は単位大きさ付近に合わせられる。例えば、光信号206-1の入力パワーが、例えば光ネットワークの一過性のイベントに起因して、非常に急速に小さくなる場合、第1電流224-1もそれに応じて非常に急速に小さくなる。しかしながら、ログアンプ226-1は、第3電流224-2に等化されている第2電流238とともに動作するので、ログアンプ226-1及びログアンプ226-2の実効的な帯域幅は、互いに適合しており、光増幅器200のゲイン制御ループの全体的な帯域幅を制限しない。
【００４０】
ログアンプ226-1は、第2電流238に対してデシベル単位(dB)で線形である第2電圧236を生成する。この方法では、第2電流238は、第3電流224-2との組み合わせにより、ポンプ信号222を決定し、(図2の実施形態では、エルビウムドープファイバ(EDF)212として示される)ドープされたファイバ増幅要素の光ポンプを駆動するために使用される。具体的には、インバータ増幅器234及び加算ノード208を利用することにより、制御信号232は第2電流238及び第3電流224-2の間の差分を表現する。異なる実施形態では、異なるタイプのドープファイバ増幅要素がEDF212の代わりに使用されてよいことに留意を要する。
【００４１】
光増幅器200では、増幅された出力信号206-2における光タップ218-2も図示されている。光タップ218-2から出力される光信号219-2は、フォトディテクタとして使用されるフォトダイオードに提供される。フォトダイオード220-2は、増幅された光信号206-2の出力パワーを表現する第3電流224-2をログアンプ226-2に出力し、ログアンプ226-2は反転増幅器234で反転される電圧を出力し、反転増幅器234は第3電流224-2にdB単位で線形である第3電圧242を生成する。
【００４２】
図2では、ポンプ信号222の生成は加算ノード208を利用することで達成され、加算ノード208は、第2電圧236及び第3電圧242を受信し、制御信号232を出力する。一実施形態において、制御信号232は、ポンプ信号222が差分値に調整される場合に、非ゼロ値を有する誤差電圧である。制御信号232は、比例-積分-制御ループアルゴリズムを実行するPI制御部230に出力される。PI制御部230は、調整された出力をLDドライバ214に送り、LDドライバ214は、光信号であるポンプ信号を生成するようにレーザーダイオード216を駆動する。ポンプ信号222は、EDF212に導入される前に、ポンプフィルタ210を介して供給され、光信号206の増幅を可能にする。
【００４３】
図2に示される光増幅器200の動作において、上記のゲイン制御回路は、光信号206内の波長に関して相対的に一定のパワーレベルを維持し、光信号206で望まれないパワー変動を実質的に排除する。従って、光増幅器200は、例えば、光増幅器200において相対的に一定の光ゲインを瞬時に維持することにより、ROADMを利用して光ネットワークにおけるビットエラーレート(BER)の劣化を抑制する。
【００４４】
図3に関し、光増幅器のパフォーマンスを改善するための電流増幅方法300の一形態のうち選択された要素についてのブロック図がフローチャート形式で示されている。方法300は、ネットワーク101(図1)及び光増幅器(図2)を利用して実行されてよい。方法300に記述されている所定の動作は選択的であってもよいし或いは異なる実施形態では並べ替えられてもよいことに留意を要する。
【００４５】
方法300は、複数の波長を含む光信号を送信方向で受信することにより、ステップ302から始まる。ステップ304において、受信した光信号は、第1フォトディテクタにおける第1電流に変換される。第1電流は、受信した光信号の光パワーレベルを表す。ステップ306において、第1電流は、第1電流を表す第1電圧に変換される。ステップ308において、第1電圧は、第1電流より大きな第2電流に変換される。ステップ310において、第2電流は、ドープファイバ増幅要素の光ポンプ信号を生成するために使用されてよい。
【００４６】
図4に関し、光増幅器のパフォーマンスを改善するための電流増幅方法310の一形態のうち選択された要素についてのブロック図がフローチャート形式で示されている。方法310は、ネットワーク101(図1)及び光増幅器(図2)を利用して実行されてよい。方法310は図3に関して説明したステップ310の一形態を表現する。方法310に記述されている所定の動作は選択的であってもよいし或いは異なる実施形態では並べ替えられてもよいことに留意を要する。
【００４７】
方法310は、第2電流を形成する第2電圧を生成するために第1ログアンプを利用することにより、ステップ402から始まる。ステップ404において、第2ログアンプは、ドープファイバ増幅要素の出力に繋がる第2フォトディテクタにより出力される第3電流から第3電圧を生成するために使用され、第2電流は第3電流に等化される。方法300のステップ308において、第2電流は第3電流に等化されてよい(図3)。第2電流の値は、例えばV-I変換器228のような抵抗ラダー回路網を利用して選択されてもよい。
【００４８】
本願で開示されるように、光増幅器のパフォーマンスを改善する電流増幅のための方法及びシステムは、光増幅器に対する入力光パワーを表す電流レベルを、光増幅器の出力光パワーレベルを表す電流レベルに等化することを含んでよい。この方法では、入力ログアンプの第1帯域幅は、ゲイン制御ループ回路において、出力ログアンプの第2帯域幅に合わせられ、入力光パワーによらず、光増幅器の過渡的なゲイン精度を全体的に改善する。この方法では、光増幅器は、入力信号に一過性の揺らぎがある場合でさえ、所定のゲインレベルで適切に動作させることが可能である。
【００４９】
上記の開示される対象事項は例示的であり且つ限定的ではないように解釈されるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の精神及び範囲に属する修正、改善及びその他の実施形態の全てを包含するように意図されている。すなわち、法上許容される最大限広い範囲まで、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物についての最広義の許容される解釈により決定されるべきであり、上記の詳細な記述によって制約あるいは制限されてはならない。
【００５０】
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５１】
（付記1）
光増幅器における電流増幅のための方法であって：
複数の波長を含む光信号を送信方向で受信する工程；
受信した光信号を第1電流に第1フォトディテクタにおいて変換する工程；
前記第1電流を、前記第1電流を表す第1電圧に変換する工程；
前記第1電圧を、前記第1電流より大きな第2電流に変換する工程；及び
前記第2電流を使用して、ドープファイバ増幅要素のための光ポンプ信号を生成する工程；
を有し、前記光ポンプ信号を生成する工程は：
第1対数増幅器を使用して、前記第2電流から第2電圧を生成する工程；及び
第2対数増幅器を使用して、前記ドープファイバ増幅要素の出力に結合される第2フォトディテクタにより出力される第3電流から第3電圧を生成する工程；
を有し、前記第1電圧を前記第2電流に変換することは、前記第2電流を前記第3電流に等化することを含む、方法。
【００５２】
（付記2）
前記第1電流を前記第1電圧に変換することは、トランスインピーダンス増幅器を使用して、前記第1電流を前記第1電圧に変換することを含む、付記1に記載の方法。
【００５３】
（付記3）
前記第1電圧を前記第2電流に変換することは、前記第2電流を生成するために、電圧-電流変換比率を選択することを含む、付記1に記載の方法。
【００５４】
（付記4）
前記電圧-電流変換比率は、抵抗ラダー回路網を利用して選択される、付記3に記載の方法。
【００５５】
（付記5）
前記第2電流は、前記第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする、付記1に記載の方法。
【００５６】
（付記6）
前記ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型である、付記1に記載の方法。
【００５７】
（付記7）        
光信号を送信方向で受信するドープファイバ増幅要素；
前記ドープファイバ増幅要素に対する入力側に位置し、前記光信号を表す第1電流を生成する第1フォトディテクタ；
前記第1電流を第1電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器；
前記第1電圧を、前記第1電流より大きな第2電流に変換する電圧-電流変換器であって、前記第2電流を、前記ドープファイバ増幅要素により生成される増幅された光信号を表す第3電流に等化する、電圧-電流変換器；及び
前記第2電流を使用して、前記ドープファイバ増幅要素に対する光ポンプ信号を生成するゲイン制御回路；
を有する光増幅器。
【００５８】
（付記8）
前記ゲイン制御回路は、前記第2電流から第2電圧を生成する第1対数増幅器を更に有する、付記7に記載の光増幅器。
【００５９】
（付記9）
前記第2電流は、前記第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする、付記8に記載の光増幅器。
【００６０】
（付記10）
前記ゲイン制御回路は、前記第2電圧と前記第3電流を表す第3電圧とを加算する加算ノードを更に有する、付記8に記載の光増幅器。
【００６１】
（付記11）
前記ゲイン制御回路は：
前記第3電流を生成するために、前記増幅された光信号を受ける第2フォトディテクタ；及び
前記第2フォトディテクタから前記第3電流を受信することにより前記第3電圧を生成する第2対数増幅器；
を更に有する付記10に記載の光増幅器。
【００６２】
（付記12）
前記電圧-電流変換器は、抵抗ラダー回路網を使用して電圧-電流比率の選択を可能にする、付記7に記載の光増幅器。
【００６３】
（付記13）
前記ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型である、付記7に記載の光増幅器。
【００６４】
（付記14）
光増幅器を有する光通信システムであって、前記光増幅器は：
光信号を送信方向で受信するドープファイバ増幅要素；
前記ドープファイバ増幅要素に対する入力側に位置し、前記光信号を表す第1電流を生成する第1フォトディテクタ；
前記第1電流を第1電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器；
前記第1電圧を、前記第1電流より大きな第2電流に変換する電圧-電流変換器であって、前記第2電流を、前記ドープファイバ増幅要素により生成される増幅された光信号を表す第3電流に等化する、電圧-電流変換器；及び
前記第2電流を使用して、前記ドープファイバ増幅要素に対する光ポンプ信号を生成するゲイン制御回路；
を有する、光通信システム。
【００６５】
（付記15）
前記ゲイン制御回路は、前記第2電流から第2電圧を生成する第1対数増幅器を更に有する、付記14に記載の光通信システム。
【００６６】
（付記16）
前記第2電流は、前記第1対数増幅器が1MHzより広い帯域幅で動作することを可能にする、付記15に記載の光通信システム。
【００６７】
（付記17）
前記ゲイン制御回路は、前記第2電圧と前記第3電流を表す第3電圧とを加算する加算ノードを更に有する、付記15に記載の光通信システム。
【００６８】
（付記18）
前記ゲイン制御回路は：
前記第3電流を生成するために、前記増幅された光信号を受ける第2フォトディテクタ；及び
前記第2フォトディテクタから前記第3電流を受信することにより前記第3電圧を生成する第2対数増幅器；
を更に有する付記17に記載の光通信システム。
【００６９】
（付記19）
前記電圧-電流変換器は、抵抗ラダー回路網を使用して電圧-電流比率の選択を可能にする、付記14に記載の光通信システム。
【００７０】
（付記20）
前記ドープファイバ増幅要素はエルビウムドープ型である、付記14に記載の光通信システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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