(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段側光増幅器と、
後段側光増幅器と、
前記前段側光増幅器からの出力モニタ信号及び前記後段側光増幅器からの入力モニタ信号が入力され、前記出力モニタ信号と前記入力モニタ信号からそれらの間の信号損失を算出する損失算出部と、
前記損失算出部からの損失算出結果に基づいて、少なくとも前記前段側光増幅器の利得を可変設定する出力量設定部と、を有し、
前記出力量設定部は、前記前段側光増幅器と前記後段側光増幅器との間に分散補償器を挿入した場合には前記前段側光増幅器の光出力パワーを前記分散補償器の最大入力パワー定格値以下に制限するように前記前段側光増幅器の利得制御を行い、また前記前段側光増幅器と前記後段側光増幅器との間に分散補償器を挿入しない場合には当該制限を廃して雑音指数の改善を優先した前記前段側光増幅器の利得制御を行う、ことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記出力量設定部は、さらに前記損失算出部からの損失算出結果に基づいて、前記光増幅器全体の光出力パワーの変動を補償するように前記後段側光増幅器における励起光を制御する請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
さらに、前記前段側光増幅器からの出力モニタ信号及び前記後段側光増幅器からの入力モニタ信号をそれぞれ対数変換して前記損失算出部に与えるログアンプを有する請求項１又は２に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅器に関し、特に前段側光増幅器と後段側光増幅器とからなる光増幅器であって、前記前後段光増幅器の間に挿入した分散補償器による損失を検出し、その損失の自動補償機能を備えた光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光増幅器を使用した光伝送システムのの大容量化や伝送距離の長距離化が進められ、順次実用化され始めている。現状では、記光増幅器としてエルビウムドープファイバを使用した増幅帯域１．５５μｍ帯の光増幅器の使用が主流であり、信号光には１．５５μｍ帯の光信号が使用されている。
【０００３】
また、現在敷設されている光ファイバの多くは１．３μｍ帯域で光分散が零になる１．３μｍ零分散ファイバ（ＳＭＦ; Single Mode Fiber ）と１．５５μｍ帯域で光分散が零になるよう分散特性をシフトした１．５５μｍ零分散ファイバ（ＤＳＦ; Dispersion Shift Fiber）とであり、欧米においては圧倒的に１．３μｍ零分散ファイバが敷設されている。
【０００４】
図１は、光ファイバの分散特性の一例を示したものである。
図１には、１．３μｍ零分散ファイバと１．５５μｍ零分散ファイバの２つの分散特性例が示してある。図１に点線で示すように、１．３μｍ零分散ファイバに対する１．５５μｍ波長光の分散特性は約１７ｐｓ／ｋｍ・ｎｍである。この値は、１．３μｍ零分散ファイバを通して１．５５μｍ帯の波長の光を１ｋｍ伝搬した場合に、その出力端で波長が１ｎｍ（＝０．００１μｍ）ずれると１７ｐｓの伝搬時間差が生ずることを示している。
【０００５】
光伝送システムにおいて、送信信号光は一般に０．２ｎｍ程度以下の幅を有し、そのため仮に１．５５μｍ帯で幅０．１ｎｍの光信号を１．３μｍ零分散ファイバで１００ｋｍ伝送する場合には出力端で１７０ｐｓの伝搬時間差すなわち信号光の時間的な揺らぎを生じる。一例として、伝送信号として１０Ｇｂ／ｓを用いた場合には信号の１周期が１００ｐｓとなり、上記１７０ｐｓの時間的な揺らぎがある状態では明らかに受信不可となる。また、より低速の伝送信号を用いた場合には前記時間的な揺らぎによって伝送特性が劣化する。
【０００６】
従って、現在一番多く敷設されている１．３μｍ零分散ファイバに１．５５μｍ波長の信号光を通すと光ファイバ内で分散が発生し、その影響によって伝送特性が劣化する。そのため、現在光増幅器を１．３μｍ零分散光ファイバ区間に配置する場合には、その分散特性を補償できる分散補償器、主に１．３μｍ零分散光ファイバの逆分散特性を有する分散補償ファイバ（ＤＣＦ; Dispersion Compensation Fiber ）、をその区間に挿入する方法が取られている。
【０００７】
図２は、光伝送システムの一例を示したものである。
図３は、図２の光伝送システムで使用される従来の光増幅器の基本構成を示したものである。
図２には信号光が送信端局１０から１．３μｍ零分散ファイバ（ＳＭＦ）１１を通って中継局１２へ、そして前記中継局１２から１．５５μｍ零分散ファイバ（ＤＳＦ）１３を通って受信端局１４へ順次中継伝送される場合を示している。ここで、各局１０、１２及び１４に設けられた光増幅器２３、２４及び２５はいずれもエルビュ−ムド−プファイバ（ＥＤＦ）を使った光増幅器であり、従って前記信号光には１．５５μｍ波長の信号光が使われる。
【０００８】
図３に示すように、光増幅器２３、２４及び２５は各々前段及び後段からなる２段構成の増幅器で構成され、前段側光増幅器３１と後段側光増幅器３２との間には必要に応じて分散補償ファイバ（ＤＣＦ）が挿入接続される。一例として、図２の場合では１．３μｍ零分散ファイバ（ＳＭＦ）１１で発生する分散を補償するために送信端局１０の光増幅器２３に分散補償ファイバが挿入接続される。
【０００９】
その他の光増幅器２４及び２５は各々前段光増幅器３１と後段側光増幅器３２との間を直接（スル−）接続する。この場合、１．５５μｍ零分散ファイバ１３に１．５５μｍ波長の信号光を通しても分散という現象はおきないからである。前記前段側光増幅器３１及び後段側光増幅器３２はいずれもエルビュ−ムド−プファイバを用いた光増幅器で構成され、前後段それぞれ独立に光出力一定制御（ＡＬＣ；Automatic Level Control ）が行われている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記分散補償器はそれ自体３〜１０ｄＢの挿入損失を有しており、従って１．３μｍ零分散ファイバ区間（分散補償器有り）と１．５５μｍゼロ分散光ファイバ区間（分散補償器無し）とでは必要となる光増幅器の利得が異なるものとなる。そのため、従来はそれぞれの区間に要求される特性を備えた別々の光増幅器が使用されていた。その結果、光増幅器自体のコストが上昇し、また異なる光ファイバ敷設区間毎にそれぞれ対応する光増幅器を設置する必要があるためそれらを維持管理するための負担が増大する等の問題があった。
【００１１】
ところで、前段側光増幅器３１は、接続される分散補償ファイバに入力パワ−制限があるため、その上限値を超えない光出力パワーが設定される。前記パワ−制限の要因として誘導ブリルアン散乱による光ファイバへの入力制限が上げられる。誘導ブリルアン散乱では、光ファイバにある閾値を越えたパワーが入射されると誘導放出によって出力パワーに非線形効果が生じる。その結果信号波形が歪み伝送特性が劣化する。
【００１２】
このため、従来においては分散補償ファイバを接続する必要がない１．５５μｍ零分散ファイバ区間でも光出力パワーが低く設定され、１．５５μｍ零分散ファイバ区間で使用する光増幅器の雑音指数が低下するという問題があった。
【００１３】
雑音指数を表す近似式は以下の式で表される。
0004056133.tif 000002
この式より利得が大きい（光出力が大きい）と雑音指数は改善される。
【００１４】
そこで本発明の目的は、上記種々の問題点に鑑み、１種類の光増幅器だけを使用し、その各前後段光増幅器の間に挿入した分散補償器による信号光の損失を自動的に検出し、その損失の自動補償機能によって光増幅器全体の光出力パワーを常時一定に維持する光増幅器を提供することにある。
【００１５】
前記光増幅器によれば１．３μｍ零分散ファイバ区間と１．５５μｍ零分散ファイバ区間とで前段側又は後段側さらには前後段の両側の各光増幅器の出力パワーが適宜自動的に設定される。
【００１６】
また本発明の目的は、前記前段側光増幅器の出力パワーの設定において、分散補償ファイバの入力パワー制限と雑音指数とを双方考慮して最適なパワー設定を行った低雑音の光増幅器を提供することにある。すなわち、１．３μｍ零分散ファイバ区間での使用（分散補償器有り）には入力パワーを分散補償ファイバの非線形効果を考慮した入力限界値以下（光部品の定格値以下）に、また１．５５μｍ零分散ファイバ区間での使用（分散補償器無し）には雑音指数の改善を優先した１．３μｍ零分散ファイバ区間の場合よりも高い値が自動的に設定される。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による光増幅器は、前段側光増幅器と、後段側光増幅器と、前記前段側光増幅器からの出力モニタ信号及び前記後段側光増幅器からの入力モニタ信号が入力され、前記出力モニタ信号と前記入力モニタ信号からそれらの間の信号損失を算出する損失算出部と、前記損失算出部からの損失算出結果に基づいて、少なくとも前記前段側光増幅器の利得を可変設定する出力量設定部と、を有し、前記出力量設定部は、前記前段側光増幅器と前記後段側光増幅器との間に分散補償器を挿入した場合には前記前段側光増幅器の光出力パワーを前記分散補償器の最大入力パワー定格値以下に制限するように前記前段側光増幅器の利得制御を行い、また前記前段側光増幅器と前記後段側光増幅器との間に分散補償器を挿入しない場合には当該制限を廃して雑音指数の改善を優先した前記前段側光増幅器の利得制御を行うこととした。
【００１８】
前記出力量設定部は、さらに前記損失算出部からの損失算出結果に基づいて、前記光増幅器全体の光出力パワーの変動を補償するように前記後段側光増幅器における励起光を制御するようにした。
【００１９】
さらに、前記前段側光増幅器からの出力モニタ信号及び前記後段側光増幅器からの入力モニタ信号をそれぞれ対数変換して前記損失算出部に与えるログアンプを有することとした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明による光増幅器の第１の実施例を示したものである。
図４において、前段側光増幅器３１及び後段側光増幅器３２は図３と同じものであり、それぞれ内部にエルビュ−ムド−プファイバを使用した光増幅器１、２（３３、３５）を備えている。本発明によればさらに前段側光増幅器３１からの出力モニタ信号及び後段側光増幅器３２からの入力モニタ信号を使ってその間で発生した損失（出力レベルと入力レベルとの差分）を検出する損失算出部３６と、前記損失算出部３６による算出結果に基づいて前段側内部の光増幅器３３の出力レベルを切り換える出力量設定部３７が設けられる。
【００２１】
図５〜８は、エルビュ−ムド−プファイバを使用した光増幅器３３、３５の基本的な構成例を示したものである。ここでは、光増幅器の光出力を一定に保つために光出力一定制御（ＡＬＣ）が行われる。光増幅器３３、３５に入力された光信号は、エルビュ−ムド−プファイバとエルビウムド−プファイバを励起する励起光源で構成された光増幅部４１によって増幅された後、分波器４２を介して出力される。分波器４２は、また出力信号光の一部を光／電気変換部４３へ分岐させ、光電気変換部４３はそれを電気信号に変換して出力する。
【００２２】
この電気信号は出力制御部４４に与えられる他、図４の出力モニタ信号として損失算出部３６に与えられる。出力制御部４４では、入力された出力信号光のモニタ信号と予め設定された所望の光出力パワ−レベルに対応する基準信号とを比較し、例えば光増幅器出力が所望の値より小さい場合には光出力の増加を指示する出力制御信号を光増幅部４４へフィ−ドバックする。
【００２３】
光増幅部４１は前記出力制御信号に従って増幅動作を行い、その結果所望の一定光出力が得られる。ところで、前記基準信号を可変した場合には、これまでの増幅器の動作から明らかなように光出力量は基準信号値に従って可変することになる。本実施例ではこの点を積極的に利用し、図４の出力量設定部３７からの外部出力制御信号は光増幅器３３の基準信号として又はそれと関連する信号として与えられる。
【００２４】
図６及び図７は、それぞれ光増幅部４１のより具体的な構成例を示したものである。
図６及び７において、光増幅部４１はエルビュ−ムド−プファイバからなる光増幅素子とそれに励起光を注入するための合波器等で構成され、また励起光源部４５は半導体レーザーダイオード（ＬＤ）とそれを駆動するための制御回路等で構成される。励起光源部４５から出力された励起光は光増幅素子（ＥＤＦ）４７へ注入され、光増幅素子はその励起光量に応じた増幅量（利得）で信号光を増幅し出力する。
【００２５】
図６には出力制御部４４からの出力制御信号によって励起光源部４５を制御し、それによって光増幅素子４７からの出力光レベルを制御する場合を示している。また、図７はその変形例として励起光源部４５は一定とし、出力制御部４４からの出力制御信号で可変制御される光減衰器４６を使って光増幅部４１からの出力光レベルを制御する場合を示している。なお、図６と図７とを組み合わせて光増幅部４１からの出力光レベルを制御してもよい。
【００２６】
図８は、図５の出力制御部４４の一回路構成例を示している。
図８に示すように、出力制御部４４はオペアンプ５４を使った一般的な反転増幅回路として構成され、入力信号である出力モニタ信号と基準電位を与える基準信号との差分反転信号（負帰還信号）が出力制御信号として出力される。なお、前述したように基準信号には図４の出力量設定部３７からの外部出力制御信号が与えられる。
【００２７】
図９は、図４の入力モニタ部３４の一回路構成例を示したものである。
図９において、入力信号光は分波器４７を介して後段側における光増幅器３５の光増幅部４１へ入力される。分波器４７では入力した信号光の一部を分波し、それを光／電気変換部４８へ与える。光／電気変換部４８は入力光量に応じた電気信号を入力モニタ信号として出力する。前記入力モニタ信号は図４の損失算出部３６の一方の入力に与えられる。
【００２８】
図１０は、図４の損失算出部３６の一回路構成例を示したものである。
図１０に示すように、損失算出部３６はオペアンプ５９を使った一般的な差動増幅回路として構成され、一方の入力には入力モニタ信号が与えられ、また他方の入力には出力モニタ信号が与えられる。出力モニタ信号と入力モニタ信号の差分出力信号は損失量信号として出力量設定部３７へ出力される。なお、前記差動増幅回路の基準電位として光増幅器の基準信号（図５）の電位が与えられる。
【００２９】
図１１は、図４の出力量設定部３７の一回路構成例を示したものである。
図１１に示すように、出力量設定部３７はオペアンプ６３を使った一般的な増幅回路として構成される（本例では正相増幅回路の場合を示している）。その入力には損失算出部３６からの損失量信号が与えられ、制御対象である光増幅器３３の基準信号の変化量に対応した増幅率で増幅された後に外部出力制御信号として出力される。
【００３０】
前記増幅回路の基準電位として図１０の差動増幅回路の基準電位と同じくここでも光増幅器の基準信号（図５）の電位が与えられる。従って、外部出力制御信号は前記基準信号を中心に損失量信号に応じた範囲で変化することになる。その結果、光増幅器の基準信号に代えて外部出力制御信号を使用した場合、損失量信号がゼロ（スル−接続）の時には所定の基準信号電位が与えられ、損失量信号がある値（分散補償器有り）の時にはその損失量を正確に補償するための前記基準電位からの変化電位が与えられることになる。
【００３１】
なお、上記の実施例では損失量に応じてリニアに光増幅器３３の利得を制御する場合を示したが、それに限らず図示はしないが例えば出力量設定部３７を比較器等で構成し、所定値以上の損失量を検出した時に、その比較出力に応じて予め用意してある１つ又は複数の異なる基準電位の内の１つをセレクタ（アナログスイッチ）等を介して外部出力制御信号として出力するように構成してもよい。
【００３２】
このような構成とした場合には、損失補償の正確性ではリニヤ制御を行う場合よりも劣るが、その反面前段側光増幅器に関する分散補償ファイバの入力パワ−の制限や雑音指数と関連した最適なパワ−の設定等が極めて容易に行える利点がある。
【００３３】
図１２及び図１３は、図４の変形態様として、本発明による光増幅器の第２及び第３の実施例を示したものである。
図１２では、後段側の光増幅器３５の利得を制御する場合を示しており、また図１３では前段及び後段の両方の光増幅器３３、３５の利得を同時に制御する場合を示している。
【００３４】
図４の第１の実施例では前段側光増幅器に関する分散補償ファイバの入力パワ−の制限や雑音指数等の制御が可能な反面それによる増幅範囲の制約を受けることになる。一方、図１２の第２の実施例では前記制御は行えないが増幅範囲の制約は受けない。また、図１３の第３の実施例では第１及び第２の全てを実施できるがその分回路規模が大きくなる。なお、図１２及び図１３を実現する回路構成については図４と同様でありここでは更に説明しない。
【００３５】
図１４は、図４の別の変形態様として、本発明による光増幅器の第４の実施例を示したものである。
図４の第１の実施例では前段出力量Ａ及び後段入力量Ｂとした場合に損失量は「損失量＝Ａ−Ｂ」で表された。一方、本第４の実施例では前段側光増幅器３１からの出力モニタ信号と後段側光増幅器３２からの入力モニタ信号はそれぞれログアンプ３８、３９に入力される。
【００３６】
各ログアンプ３８、３９では入力信号を対数変換してから出力する。この場合の損失量は「損失量＝Ｌｎ（Ａ）−Ｌｎ（Ｂ）＝Ｌｎ（Ａ／Ｂ）」と表すことができる。従って、本例ではデシベル（ｄＢ）換算された正確な損失量に基づく光増幅器の利得制御が可能となる。なお、その他の構成は図４と同様でありここでの説明は省略する。
【００３７】
図１５〜図１９は、これまで述べた本発明による光増幅器の利得制御に関するアナログ制御回路部分をＣＰＵ回路を用いたデジタル制御回路に置き換えた場合を示している。
図１５は、図４に相当し図４の損失算出部３６及び出力量設定部３７をＣＰＵ部７１に置き換えたものである。
図１６には図１５のＣＰＵ部７１の一回路構成例を示している。
【００３８】
図１６において、ＣＰＵ部７１は、前段側光増幅器３１からの出力モニタ信号と後段側光増幅器３２からの入力モニタ信号力とがそれぞれ入力され、それらをデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部８１及び８２、演算を行う演算処理部８３、演算中のデータを保存するＲＡＭ８４、演算手順や出力設定データを記録したＲＯＭ８５、そしてその演算結果をアナログ信号に変換して前段側光増幅器３１内部の光増幅器３３の基準信号として与えるデジタル／アナログ変換部８６で構成される。
【００３９】
演算処理部８３では、デジタル変換された入力モニタ信号と出力モニタ信号に対して、減算もしくは除算を行いその間で発生した損失量を求める。ＲＯＭ８５には予め各損失量に対応した出力設定データを記憶した損失量−出力設定データ変換テーブルが備えられており、演算処理部８３は演算した損失量を基に前記テーブルから対応する出力設定データを求める。その出力設定データはデジタル／アナログ変換部８６でアナログ信号の外部出力制御信号として出力される。
【００４０】
図１７は、演算処理部８３の処理内容の一例を図式的に示したものである。
図１７の（ａ）は、図４の第１の実施例の処理内容に対応しており、入力モニタ信号と出力モニタ信号の減算処理９１を行い、その減算結果（損失量）に基づいて損失量−出力設定データ変換テーブルから対応出力設定データの読み込み処理９２を行う。
【００４１】
図１７の（ｂ）は、図１４の第４の実施例の処理内容に対応しており、入力モニタ信号と出力モニタ信号は除算処理９３によってデジベル（ｄＢ）換算された損失量が求められ、それに基づいて損失量−出力設定データ変換テーブルから対応出力設定データの読み込み処理９２を行う。
【００４２】
図１７の（ｃ）は、さらに前記減算処理や除算処理等を行うことなく、入力モニタ信号と出力モニタ信号を直接パラメータとして損失量−出力設定データ変換テーブルを使って対応出力設定データの読み込み処理９２を行う例も示している。これは、例えば後段側の入力モニタ信号だけを監視し、その信号レベルが分散補償ファイバの有無に係わらず常に一定となるように制御するような場合に適している。アナログ変換された後の外部出力制御信号の働きについてはこれまで説明してきたのと同様である。
【００４３】
図１８及び図１９は、図１２の第２の実施例及び図１３の第３の実施例にそれぞれ対応した構成を示したものである。それらの動作はこれまでの説明から明らかでありここでは更に説明しない。このように、ＣＰＵ部７１は、当然にアナログ処理と同様な処理が可能であり、また演算処理内容や損失量−出力設定データ変換テーブルの設定内容によって様々な情況（分散補償ファイバの入力パワ−の制限や雑音指数等の制御等）に柔軟に対応可能な光増幅器が構成できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光増幅器の前後段光増幅器の間に挿入した分散補償器による信号光の損失を自動的に検出し、前記損失の自動補償機能によって光増幅器全体の光出力パワーを常時一定に維持する光増幅器が提供される。従って、１．３μｍ零分散ファイバ区間や１．５５μｍ零分散ファイバ区間に係わらずレベル調整等を行うことなく同一の光増幅器が即使用可能となる。
【００４５】
また本発明によれば、前記損失の自動補償機能による出力パワー切り換えの際に、分散補償ファイバの入力パワ−制限及び雑音指数を双方考慮した最適なパワ−設定が可能となる。従って、１．３μｍ零分散ファイバ区間や１．５５μｍ零分散ファイバ区間に係わらず安定で且つ低雑音な光増幅器が提供可能となる。
【００４６】
さらに本発明によれば、分散補償ファイバに限らず、同様な特性を有する他の分散補償素子であっても本発明による光増幅器が同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの分散特性の一例を示した図である。
【図２】光伝送システムの一例を示した図である。
【図３】従来の光増幅器の基本構成例を示した図である。
【図４】本発明による光増幅器の第１の実施例を示した図である。
【図５】エルビュ−ムド−プファイバを使用した光増幅器の基本的な構成例を示した図である。
【図６】光増幅部の構成例（１）を示した図である。
【図７】光増幅部の構成例（２）を示した図である。
【図８】出力制御部の回路構成例を示した図である。
【図９】入力モニタ部の構成例を示した図である。
【図１０】損失算出部の回路構成例を示した図である。
【図１１】出力量設定部の回路構成例を示した図である。
【図１２】本発明による光増幅器の第２の実施例を示した図である。
【図１３】本発明による光増幅器の第３の実施例を示した図である。
【図１４】本発明による光増幅器の第４の実施例を示した図である。
【図１５】本発明による光増幅器の第５の実施例を示した図である。
【図１６】ＣＰＵ部の回路構成例を示した図である。
【図１７】ＣＰＵ部の処理内容の一例を示した図である。
【図１８】本発明による光増幅器の第６の実施例を示した図である。
【図１９】本発明による光増幅器の第７の実施例を示した図である。
【符号の説明】
１０…送信端局
１２…中継局
１４…受信端局
２３、２４、２５…光増幅器
３１…前段側光増幅器
３２…後段側光増幅器
３４…入力モニタ部
３６…損失算出部
３７…出力量設定部
３８、３９…ログアンプ
４１…光増幅部
４２…分波器
４３、４８…光／電気変換部
４４…出力制御部
４５…励起光源部
４６…光減衰器
５４、５９、６３…オペアンプ
７１…ＣＰＵ部
８１、８２…アナログ／デジタル変換部
８６…デジタル／アナログ変換部
【図１】
0004056133.tif 000003
【図２】
0004056133.tif 000004
【図３】
0004056133.tif 000005
【図４】
0004056133.tif 000006
【図５】
0004056133.tif 000007
【図６】
0004056133.tif 000008
【図７】
0004056133.tif 000009
【図８】
0004056133.tif 000010
【図９】
0004056133.tif 000011
【図１０】
0004056133.tif 000012
【図１１】
0004056133.tif 000013
【図１２】
0004056133.tif 000014
【図１３】
0004056133.tif 000015
【図１４】
0004056133.tif 000016
【図１５】
0004056133.tif 000017
【図１６】
0004056133.tif 000018
【図１７】
0004056133.tif 000019
【図１８】
0004056133.tif 000020
【図１９】
0004056133.tif 000021