(57)【要約】【課題】  光ネットワークの適用範囲の拡大や複雑化に伴い、バースト信号入力に対して過渡応答の小さな高速光増幅器が必要とされている。従来の技術では、応答速度が十分でないため、入力光の波形を保てないことが課題となっていた。【解決手段】  本発明の光増幅器は、第一の入力モニタ手段５５０と、第二の入力モニタ手段５６０と、光増幅媒体３００を含む光増幅手段３１０と、光遅延手段９００と、フィードフォワード制御を行うための制御手段４００と、高速出力可変手段６１０とを含み、入力モニタ手段５００の信号に応じて前記光増幅手段を前記フィードフォワード制御により制御する際に、制御信号をオーバシュート信号にすることで、前記光増幅媒の応答性能を改善し、高速応答性能を実現した。さらに光出力モニタ７００の信号を利用して、高速出力可変手段６１０の高速フィードバック制御を同時に行うことにより、高速かつ安定な光増幅器を実現した。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記光増幅手段の前段に配置された光遅延手段と、前記入力モニタ手段を利用して前記光増幅手段の増幅制御にフィードフォワード制御を行うための制御手段、を含む光増幅器であって、前記増幅制御にオーバシュート信号を利用することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記入力モニタ手段から出力される電気信号を分岐する信号分岐手段と、分岐された一方の電気信号を遅延する電気信号遅延手段、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記制御手段がオーバシュート生成回路を含むことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項４】
前記オーバシュート生成回路をＰＩＤ回路とすることを特徴とする請求項３に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光遅延手段が可変光遅延手段であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項６】
前記入力モニタ手段の信号を利用して、前記オーバシュート生成回路を駆動することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項７】
前記入力モニタ手段の信号を利用して、前記可変光遅延手段を駆動することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項８】
前記光増幅媒体の後段に、高速出力可変手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項９】
出力光モニタ手段を含み、前記出力光モニタ手段の信号を利用して、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項８に記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記入力モニタ手段からの信号と前記出力光モニタ手段の信号の差分信号を利用して、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項８に記載の光増幅器。
【請求項１１】
前記高速出力可変手段が高速可変光減衰器であることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項１２】
前記高速可変光減衰器が、電気光学効果素子を含み、前記高速可変光減衰器の駆動電圧が４０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光増幅器。
【請求項１３】
光増幅手段と、前記光増幅手段の前段に配置された光遅延手段と、前記光遅延手段の前段に配置した第一の入力モニタ手段と、前記光遅延手段の後段に配置した第ニの入力モニタ手段と、前記第一の入力モニタ手段を利用して前記光増幅手段の増幅制御にフィードフォワード制御を行うための制御手段、を含む光増幅器であって、前記増幅制御にオーバシュート信号を利用することを特徴とする光増幅器。
【請求項１４】
前記制御手段がオーバシュート生成回路を含むことを特徴とする請求項１３に記載の光増幅器。
【請求項１５】
前記オーバシュート生成回路をＰＩＤ回路とすることを特徴とする請求項１４に記載の光増幅器。
【請求項１６】
前記光遅延手段が可変光遅延手段であることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項１７】
前記第一の入力モニタ手段の信号を利用して、前記オーバシュート生成回路を駆動することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項１８】
前記第一の入力モニタ手段の信号を利用して、前記可変光遅延手段を駆動することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項１９】
前記光増幅媒体の後段に、高速出力可変手段を含むことを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項２０】
出力光モニタ手段を含み、前記出力光モニタ手段の信号を利用して、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項１９に記載の光増幅器。
【請求項２１】
前記第二の入力モニタ手段からの信号と前記出力光モニタ手段の信号の差分信号により、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項１９に記載の光増幅器。
【請求項２２】
前記高速出力可変手段が高速可変光減衰器であることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項２３】
前記高速可変光減衰器が、電気光学効果素子を含み、前記高速可変光減衰器の駆動電圧が４０Ｖ以下であることを特徴とする請求項２２に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、光増幅器および光増幅器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】    Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＷＤＭ）通信ネットワークにおいては、光信号のまま数１０ｎｍの波長帯域を一括して増幅可能なエリビウムドープ・ファイバ・アンプ（Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）をはじめとした希土類添加ファイバを利用した光増幅器が使用されている。【０００３】    一方、光ネットワークは、ポイント・ツー・ポイントのネットワークから、Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ−ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ（ＲＯＡＤＭ）ノードを用いたリングネットワークにその形態が変化してきている。さらには、近年では光ネットワークは一般家庭への普及が本格化している。【０００４】    このように光ネットワークの適用範囲が広がり、複雑化するにつれて、伝送される光信号も、バースト的な信号となることが必要とされている。【０００５】    バースト的な光信号伝送では、信号ＯＦＦからＯＮまで広ダイナミックレンジな変動が瞬時に繰り返されることになる。現在の一般的な信号伝送レートである１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃの場合、約０．１ｎｓｅｃの立ち上がり／立ち下りで変動が生じることになるが、光増幅器もこのような高速変動への対応が求められる。【０００６】    希土類添加ファイバを用いた光増幅器の高速変動への対応としては、遅延要素により、入力光信号のモニタと比較して希土類添加ファイバへの入力を遅らせる方法が考案され特許文献１に記載されている。【０００７】    特許文献１では、入力信号をモニタした結果に応じて、励起レーザを駆動するフィードフォワード制御方式により、高速な入力変動に対応する方法が用いられている。さらに、希土類添加ファイバへの入力を遅延手段を用いて遅らせることにより、入力信号のモニタリングや励起レーザの駆動など一連の制御に要する時間を確保し、希土類添加ファイバへ入力する光信号変動するタイミングと入力信号をモニタした結果制御された励起レーザ光の変動をほぼ一致させて、制御の遅れを軽減している。
【特許文献１】    特開２００２−２６１３６４
【発明の開示】
【本発明が解決しようとする課題】
【０００８】    様々な変動量の光入力信号を想定した場合、希土類添加ファイバを用いた光増幅器に入力する光入力信号の変動量の違いにより、予め注入すべきエネルギー量を変える必要がある。しかし、特許文献１の方法では固定の遅延要素であるため、様々な光入力変動への対応が困難であった。
【０００９】    また、特許文献１では利得や出力の安定化のため、光出力信号のモニタによる励起レーザのフィードバック制御を用いているが、フィードバック制御では１μｓｅｃ以下の時間で制御することはできないため、高速な安定化は困難であった。
【００１０】    本発明は、以上のような実情を鑑み、様々な変動幅を有する高速バースト信号入力に対応して安定に利得および出力が制御された光増幅器を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】    上記課題を解決するため、本発明の光増幅器は、高速変動した入力光信号が希土類添加ファイバへ入力する前に、励起レーザにより注入されるエネルギー量を制御することで、高速かつ変動幅を有する光入力信号へ対応することを実現するものである。
【００１２】    請求項１に記載の光増幅器は、少なくとも入力モニタ手段と、光増幅手段と、前記光増幅手段の前段に配置された光遅延手段と、前記入力モニタ手段を利用して前記光増幅手段の増幅制御にフィードフォワード制御を行うための制御手段、を含む光増幅器であって、前記増幅制御にオーバシュート信号を利用することを特徴としている。
【００１３】    ここで「光増幅手段」とは、光や電子により励起され、出力光強度を入力光強度よりも大きくする増幅手段であり、光増幅媒体を含む。「入力モニタ手段」とは、前期光増幅器への入力光の強度情報を含んだ電気信号または光信号をモニタする手段を意味する。また、「フィードフォワード制御」とは、被制御対象物も入力する信号の大きさに応じて、被制御対象物に対して制御信号を出力し、被制御対象物を駆動する制御を意味する。さらに、「オーバシュート信号」とは、図１に記載するように、定常レベルに対して、過渡的に定常レベルよりも大きな値を示す制御信号を意味する。ここで定常レベルとは、制御信号印加開始より１秒以上経過した時の制御信号強度であり、過渡的とは、信号印加開始より１００マイクロ秒以内の時間を意味する。また、「光増幅手段の前段に配置された光遅延手段」とは、光増幅手段よりも入力側に位置し、かつ入力モニタ手段に遅延を与えない位置に配置された光遅延手段を意味する。
【００１４】    さらに、請求項２に記載の光増幅器は、前記入力モニタ手段から出力される電気信号を分岐する信号分岐手段と、分岐された一方の電気信号を遅延する電気信号遅延手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器である。
【００１５】    請求項１または請求項２に記載の光増幅器では、前記制御手段はオーバシュート生成回路を含むことが好ましい。ここで「オーバシュート生成回路」とは、前記オーバシュート信号を電気回路として生成するアナログ回路またはデジタル回路全般を意味する。
【００１６】    具体的には、前記オーバシュート生成回路はＰＩＤ回路であることが好ましい。ここで「ＰＩＤ回路」とは、図２に示すように、入力信号に対する比例要素、微分要素、積分要素の３成分の線形結合によって制御信号量が決定される回路であり、入力信号に応答した、任意の波形を生成することが可能である。
【００１７】    請求項５に記載の光増幅器は、前記光遅延手段が可変光遅延手段であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光増幅器である。
【００１８】    請求項６に記載の光増幅器は、前記入力モニタ手段の信号を利用して、前記オーバシュート生成回路を駆動することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光増幅器である。
【００１９】    請求項７に記載の光増幅器は、前記入力モニタ手段の信号を利用して、前記可変光遅延手段を駆動することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光増幅器である。
【００２０】    請求項８に記載の光増幅器は、前記光増幅媒体の後段に、高速出力可変手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光増幅器である。ここで、「高速出力可変手段」とは、入力光を出力し、駆動信号を与えることにより出力を可変し、駆動信号を与える前後で６ｄＢの変動を１０マイクロ秒以下で可変する高速応答性能を持つ手段を意味している。
【００２１】    請求項９に記載の光増幅器は、出力光モニタ手段を含み、前記出力光モニタ手段の信号を利用して、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項８に記載の光増幅器である。ここで、「出力光モニタ手段」とは、出力光の一部を用いて、出力光のパワーレベルを検知する手段を意味する。
【００２２】    請求項１０に記載の光増幅器は、前記入力モニタ手段からの信号と前記出力光モニタ手段の信号の差分信号を利用して、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項８に記載の光増幅器である。ここで、入力モニタ手段からの信号とは入力光強度の情報を含む信号であり、出力光モニタ手段の信号とは出力光強度の情報を含む信号である。
【００２３】    前記高速出力可変手段は付加される雑音の少なさや経済的な観点から高速可変光減衰器であることが好ましい。ここで、「高速可変光減衰器」とは、入力光を減衰出力し、駆動信号を与えることにより減衰量を可変し、駆動信号を与える前後で６ｄＢの変動を１０マイクロ秒以下で可変する高速応答性能を持つ装置を意味している。
【００２４】    さらには、前記高速可変光減衰器が、電気光学効果素子を含み、前記高速可変光減衰器の駆動電圧が４０Ｖ以下であることが、駆動の容易さや高速性の観点から好ましい。ここで、「電気光学効果素子」とは、ポッケルス効果、カー効果などの電気光学効果を有する素子を意味している。また、「駆動電圧が４０Ｖ以下」とは、前記電気光学効果素子の両端に印加される電圧差が４０Ｖ以下という意味である。
【００２５】    請求項１３に記載の光増幅器は、光増幅手段と、前記光増幅手段の前段に配置された光遅延手段と、前記光遅延手段の前段に配置した第一の入力モニタ手段と、前記光遅延手段の後段に配置した第ニの入力モニタ手段と、前記第一の入力モニタ手段を利用して前記光増幅手段の増幅制御にフィードフォワード制御を行うための制御手段、を含む光増幅器であって、前記増幅制御にオーバシュート信号を利用することを特徴とする光増幅器である。
【００２６】    また、請求項１３の前記制御手段もオーバシュート生成回路を含むことが好ましい。
【００２７】    具体的には、請求項１３の前記オーバシュート生成回路もＰＩＤ回路であることが好ましい。
【００２８】    請求項１６に記載の光増幅器は、前記光遅延手段が可変光遅延手段であることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の光増幅器である。
【００２９】    請求項１７に記載の光増幅器は、前記第一の入力モニタ手段の信号を利用して、前記オーバシュート生成回路を駆動することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の光増幅器である。
【００３０】    請求項１８に記載の光増幅器は、前記第一の入力モニタ手段の信号を利用して、前記可変光遅延手段を駆動することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれかに記載の光増幅器である。
【００３１】    請求項１９に記載の光増幅器は、前記光増幅媒体の後段に、高速出力可変手段を含むことを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれかに記載の光増幅器。
【００３２】    請求項２０に記載の光増幅器は、出力光モニタ手段を含み、前記出力光モニタ手段の信号を利用して、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項１９に記載の光増幅器。
【００３３】    請求項２１に記載の光増幅器は、前記第二の入力モニタ手段からの信号と前記出力光モニタ手段の信号の差分信号により、前記高速出力可変手段を駆動することを特徴とする請求項１９に記載の光増幅器。
【００３４】    前記高速出力可変手段は付加される雑音の少なさや経済的な観点から高速可変光減衰器であることが好ましい。
【００３５】    さらには、前記高速可変光減衰器が、電気光学効果素子を含み、前記高速可変光減衰器の駆動電圧が４０Ｖ以下であることが、駆動の容易さや高速性の観点から好ましい。
【発明の効果】
【００３６】    以上のように、本発明によれば、様々な変動幅を有する高速バースト信号入力に対応して安定に利得および出力が制御された光増幅が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】    以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。【００３８】    第一の実施形態を図３に示す。光増幅器は、入力モニタ手段５００、光増幅手段３１０、フィードフォワード制御手段４００、光遅延手段９００から構成されている。【００３９】    入力モニタ手段５００は、ＴＡＰ型の受光素子５１０と、トランスインピーダンスタイプ電気アンプ回路（ＴＩＡ）５２０とで構成している。また、入力光の一部を光カプラで分岐し、入力光のレベルをモニタしてもよい。さらには、本光増幅器よりも前段において分岐された入力光の一部を光増幅器の入力モニタ手段（フォトダイオード、ＴＩＡ）に入力させることも可能である。【００４０】    また、ＷＤＭカプラで監視制御光を分離し、その監視制御光処理部により、入力光レベルを等価的に表す電気信号を入力モニタ手段に受け渡すことにより、入力光のレベルをモニタすることも可能である。さらには、光増幅器前段で既に処理された監視制御光処理部からの入力光レベルを等価的に表す電気信号を入力モニタ手段に受け渡すことにより、入力光のレベルをモニタすることも可能である。【００４１】    光増幅手段３１０は、光増幅媒体３００としてＥＤＦを用い、ＰＵＭＰ−ＬＤ３２０とＰＵＭＰ−ＬＤの駆動回路３３０で構成している。設定する増幅率（ゲイン）によっては、光増幅媒体３００の後方から励起光が注入されるようにＰＵＭＰ−ＬＤを追加してもよい。光増幅手段は、ＥＤＦの他に、ＰＤＦ（ｐｒａｓｅｏｄｙｍｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ）などの希土類添加ファイバや半導体光増幅器デバイスなども該当する。【００４２】    光増幅手段３００の制御については、入力光のレベル変化に応じて、高速に光増幅手段３００を駆動するために、入力側ＴＩＡ５２０出力情報によりＰＵＭＰ−ＬＤ３２０をフィードフォワードで制御するが、ＰＩＤ回路部４０３にて、制御信号をオーバシュート信号にして、ＰＵＭＰ−ＬＤ３２０を駆動している。【００４３】    この制御手段を構成する差動オペアンプ４３０では、＋側の入力を設定することで、所望の駆動電流でＰＵＭＰ−ＬＤを駆動できるので、利得設定が可能になる。【００４４】    光遅延手段９００は、約１ｋｍのシングルモードファイバから構成され、約５μｓｅｃの遅延が実現する。光遅延手段としては、分散シフトファイバ、分散補償ファイバなど分散の軽減、補償も兼ねる光ファイバや、偏波保持ファイバ、ホーリーファイバ、フォトニッククリスタルファイバなどの特殊ファイバを用いることもできる。また、用途によってはマルチモードファイバも適用できる。さらには、電気信号により遅延が可変な可変遅延器を適用することも可能である。【００４５】    次に、遅延手段とオーバシュート信号を用いたフィードフォワード制御による高速化について、詳細に説明する。【００４６】    図３において、入力モニタ手段５００によりモニタされた光信号は電気信号３０に変換される。電気信号３０はフィードフォワード制御手段４００により電気信号４０に変換され、ＰＵＭＰ−ＬＤ駆動回路３３０に入力し、ＰＵＭＰ−ＬＤ３２０を駆動する。入力モニタ手段５００でモニタ信号を分岐してから、電気信号への変換、電気信号３０、電気信号４０へ��変換を経てＰＵＭＰ−ＬＤ３２０に入力された信号により、ＰＵＭＰ−ＬＤ３２０から出力されたＰＵＭＰ光が光増幅媒体３００に入力され、その応答が出力光２０に現れるまで、時間を要する。この応答に要する時間は、使用するＰＵＭＰ−ＬＤの波長や、光増幅媒体３００により異なるが、数ｎｓｅｃから数１０μｓｅｃが一般的である。【００４７】    遅延手段９００が無い場合、上記応答に要する時間の間、すなわち、入力光１０の変動に応じてＰＵＭＰ光を変化させるまでの間に、入力光信号の主成分は光増幅手段３１０に入力するため、光増幅器は過渡的に設定よりも過大または過小なゲインとなってしまう。【００４８】    そこで遅延手段９００により、上記応答に要する時間と同程度の遅延を入力光信号の主成分に与えることで、入力光信号の変動より先んじてフィードフォワード制御手段４００を経たＰＵＭＰ光５０が光増幅媒体３００に入力することが可能になる。【００４９】    一方で、定常的にはフィードフォワード制御では、入力光の強度により必要なＰＵＭＰ光５０のパワーが一意に決まってくる。また、信号の主成分に先んじて入力すべき総エネルギーは、入力光の変動量によって決まる。前記総エネルギーは、ＰＵＭＰ光パワーと注入時間の積になるが、前述の如く、ＰＵＭＰ光パワーは入力光の強度により決まってしまうため、固定の遅延手段を使用していると前記総エネルギーを制御することができなくなってしまう。【００５０】    本発明では、過渡的に定常状態とは異なるパワー、すなわちオーバシュート信号をＥＤＦに注入し、オーバシュート量を制御することで、様々な入力光の変動量に追随している。また、可変光遅延手段を用いている場合、オーバーシュート量だけでなく光の遅延時間も制御対象となる。【００５１】    図４は、フィードフォワード制御において、オーバシュート信号を用いてＥＤＦを駆動することで、高速応答特性が得られる原理を示したものである。【００５２】    制御手段からの制御信号が方形波の場合、ＥＤＦは、ＥＦＤ固有の応答の遅い成分があるので、立ち上がりの遅い応答になる。所望のＥＤＦ応答振幅が得られる制御手段からの駆動信号レベルをレベル１とし、それよりも大きな駆動信号レベルを２とする。このレベル２で駆動した場合には、図４に示すように、大きなＥＤＦ応答振幅になる。【００５３】    制御信号をレベル２までオーバシュートさせ、その後、レベル１に落ち着かせるような波形にした場合、ＥＤＦは、レベル２に相当する応答で立ち上がり、その後、レベル１に相当する応答振幅になる。従って、オーバシュートにより、ＥＤＦの応答を速めることが可能になる。【００５４】    また、図５にオーバシュート量と遅延量の関係が示されている。速い応答が必要強度の１００％が得られるため必要なオーバシュート量は遅延量が小さいほど大きく、遅延量が大きいほど小さくなっている。【００５５】    このオーバシュート量を生成するには、例えば、図２に示すように、入力信号に対する比例要素（Ｐ）、微分要素（Ｄ）、積分要素（Ｉ）の３成分の線形結合によって制御信号量が決定されるＰＩＤ回路があり、入力信号に対して、任意の波形を生成することが可能である。【００５６】    この３要素における各��の回路定数を適時調整することで、所望のオーバシュート制御信号を作り出し、光増幅手段の制御信号をオーバシュート信号にすることで、光増幅手段固有の遅い応答性能を改善することが可能になる。【００５７】    さらには、入力に対するオーバシュート波形をメモリに記憶して、入力モニタ値を読み込み、必要なオーバシュート波形をメモリから引き出し、制御信号に変換するデジタル方式も可能である。【００５８】    次に、図３で示した構成における条件と実験結果（図６）について説明する。適用したＥＤＦは、エリビウム濃度が７．９×１０２４ｍ−３、長さ１５ｍである。【００５９】    ＰＵＭＰ−ＬＤの波長は０．９８μｍで、パワーは最大＋２３．５ｄＢｍであり、前方励起とした。なお、このＰＵＭＰ−ＬＤを駆動する電流は、定常値３７０ｍＡで、２００％のオーバシュート電流とした。増幅器全体の利得は２０ｄＢに設定した。遅延ファイバは１ｋｍのシングルモードファイバを使用して、約５μｓｅｃの遅延量とした。ＰＵＭＰ−ＬＤの波長は１．４８μｍでも良いが、その場合、少なくとも遅延ファイバは５００ｍ以下へ短尺化することができる。【００６０】    測定には、波長１５５０μｍの光源を用い、−２５ｄＢｍの基準レベルに対して、−４ｄＢｍにステップ状に光入力が増大する入力とした。これは、入力光振幅変動幅としては、２１ｄＢとなる。【００６１】    図６からわかるように、約２０ｎｓｅｃで生じる高速な入力光信号の変動に対して、出力もほぼ同等の変動であることから、２０ｎｓｅｃ以下の非常に高速な応答が実現していることがわかる。【００６２】    第二の実施形態を図７に示す。光増幅器は、第一の入力モニタ手段５５０、第二の入力モニタ手段５６０、光増幅手段３１０、光遅延手段９００、フィードフォワード制御手段４００、高速出力可変手段６１０、出力光モニタ手段７００、フィードバック制御手段８００で構成している。第一の入力モニタ手段５５０、第二の入力モニタ手段５６０、出力光モニタ手段７００は、ＴＡＰ型の受光素子５１０と、トランスインピーダンスタイプ電気アンプ回路（ＴＩＡ）５２０とで構成している。また、信号光の一部を光カプラで分岐し、信号光のレベルをモニタしてもよい。【００６３】    さらには、本光増幅器よりも前段において分岐された入力光の一部を光増幅器の第一の入力モニタ手段（フォトダイオード、ＴＩＡ）に入力させることも可能である。また、本光増幅器よりも前段においてモニタされた電気信号をフィードフォーワード制御手段４００に入力することも可能である。【００６４】    光増幅手段３１０は、光増幅手段３００としてＥＤＦとＰＵＭＰ−ＬＤ３２０とＰＵＭＰ−ＬＤの駆動回路３３０で構成している。【００６５】    出力光モニタ手段７００は、ＴＡＰ型の受光素子５１０と、トランスインピーダンスタイプ電気アンプ回路（ＴＩＡ）５２０とで構成している。【００６６】    高速出力可変手段６１０は、高速可変光減衰器（ＶＯＡ）６２０とＶＯＡ駆動回路６３０で構成している。なお、高速出力可変手段としては、半導体増幅器などの高速可変増幅器でもかまわない。【００６７】    第一の入力モニタ手段５５０の出力信号は、ＰＵＭＰ−ＬＤを制御するフィードフォワード��御に、第二の入力モニタ手段５６０でモニタされた信号は出力光モニタ手段の出力信号と共に高速出力可変手段を制御するフィードバック制御に用いられている。【００６８】    第二の入力モニタ手段５６０を省略し、第一のモニタ手段５５０から出力される電気信号３０を２分岐して、一方を比較部４１０へ、もう一方を電気的な遅延手段を介して比較部８１０へ入力させてもよい。この場合の電気的な遅延手段は、一般的に市販されている電子部品であるディレイラインや、信号をメモリに格納して、所望の時間の遅延後、同じ信号を出力するディジタルデバイスが適用できる。【００６９】    次に、図８を用いて、高速出力可変手段を用いて、応答特性の高速化を実現する原理を説明する。高速出力可変手段により、ＥＤＦの応答の遅い成分（図中、四角で囲った部分）を除去し、応答波形を方形波に整形することで、ＥＤＦ本来の立ち上がりの早い成分たけが残り、１マイクロ秒以下の応答速度が実現できる【００７０】    光増幅手段３００の制御については、入力光のレベル変化に応じて、高速に光増幅手段３００を駆動するために、入力側ＴＩＡ５２０出力情報によりＰＵＭＰ−ＬＤ３２０をフィードフォワードで制御するが、ＰＩＤ回路部４０３にて、制御信号をオーバシュート信号にして、ＰＵＭＰ−ＬＤ３２０を駆動している。【００７１】    この制御手段を構成する差動オペアンプ４３０では、＋側の入力を設定することで、所望の駆動電流でＰＵＭＰ−ＬＤを駆動できるので、ＥＤＦのが可能になる。【００７２】    高速可変光減衰器（ＶＯＡ）６２０は、第二の入力モニタ手段５６０からの出力と出力光モニタ手段７００からの出力の差分信号により、フィードバック制御されている。【００７３】    なお、フィードバック制御手段８００内のＰＩＤ回路部４０５にて、ＶＯＡ６２０の駆動信号をオーバシュート信号することも可能である。【００７４】    さらに、出力側ＴＩＡ５２１出力情報を元に出力が一定レベルとなるようにＶＯＡ５２０をフィードバック制御するオートレベルコントロールも可能である。また、ＶＯＡ５２０の直前にＶＯＡ入力光モニタを挿入して、前記ＶＯＡ入力光モニタから得られる光強度信号により、ＶＯＡ５２０のフィードフォワード制御も可能である。さらには、前記ＶＯＡ５２０のフィードフォワード制御におけるＶＯＡ６２０の駆動信号を、オーバシュート信号とすることも可能である。【００７５】    次に、ＶＯＡのドライブ回路について説明する。図９は、ＶＯＡのドライブ回路の一例を示している。二つの同一回路がたて積みになっており、＋側、−側での駆動電圧をＶＯＡ両端に印加することで、大振幅駆動を実現している例である。  使用デバイスは、市販されている大電流トランジスタとして、図中記載の２ＳＣ３４２３，２ＳＡ１３６０を用いている。【００７６】    図１０は、本回路での駆動波形のシミュレーション波形を示している。ただし、＋側の回路のみの結果であるが、−側も同等で極性の異なる結果が得られているので、ＶＯＡ印加振幅としては、４０Ｖになる。このシミュレーション結果より、１マイクロ秒以下のドライブ出力は、高々４０Ｖが限界であることがわかる。【００７７】    従って、ＶＯＡとしては、駆動電圧が��０Ｖ以下で、高速応答性能を有するものが必要になることがわかる。【００７８】    従って、高速性能を有する点で、電気光学型が有力であり、更に、４０Ｖ以下に低電圧化されたものとして、例えば、国際公開番号ＷＯ／２００５／１２１８７６のＰＬＺＴタイプの高速ＶＯＡが有力である。【００７９】    ＶＯＡとしては、電気光学型の例を示したが、入力光を減衰出力し、駆動信号を与えることにより減衰量を可変し、駆動信号を与える前後で６ｄＢの変動を１０マイクロ秒以下で可変する高速応答性能であれば、メカニカル型、ＭＥＭＳ型、磁気光学型、液晶型、電界吸収型、熱光学型などいずれの原理でもかまわない。【００８０】    この構成により、方形波の入力光に応じて、高速にＰＵＭＰ−ＬＤ３２０が駆動され、応答の早い成分と遅い成分を持つＥＤＦ３５０の出力波形が得られる。このＥＤＦ３５０の応答速度の遅い成分がＶＯＡ６２０により除去され、出力光２０は方形波に整形され、所望の高速応答が得られることになる。【００８１】    一方、ＶＯＡ６２０で削除する対象である応答の遅い成分の量が減少するので、ＶＯＡ６２０の駆動電圧が低減し、ＶＯＡ６２０の応答速度を高めることができる。これらの相乗効果により、出力波形を整形し、１マイクロ秒以下の応答が得られることになる。【００８２】    遅延手段９００やオーバシュート信号を駆使した構成により、高速な入力光信号変動に追随することが可能となるが、本実施例の如く、高速出力可変手段を用いたフィードバック制御を併用することにより、より長い時間の方形波でも追随することが可能になる。【００８３】    図７で示した構成における条件と実験結果（図１１）について説明する。適用したＥＤＦは、エリビウム濃度が７．９×１０２４ｍ−３、長さ１５ｍである。【００８４】    ＰＵＭＰ−ＬＤの波長は０．９８μｍで、パワーは最大＋２３．５ｄＢｍであり、前方励起とした。なお、このＰＵＭＰ−ＬＤを駆動する電流は、定常値３７０ｍＡで、２００％のオーバシュート電流とした。増幅器全体の利得は１７ｄＢに設定した。【００８５】    遅延ファイバは５ｋｍのシングルモードファイバを使用して、約５μｓｅｃの遅延量とした。【００８６】    ＶＯＡには、駆動電圧振幅３０Ｖ、応答速度１マイクロ秒以下のものを適用した。なお、増幅器全体の利得は２０ｄＢに設定した。【００８７】    この条件での出力の測定結果を図１１に示す。１ｍｓｅｃ以上の長周期の矩形波に対しても、追随していることがわかる。【００８８】    測定には、波長１５５０μｍの光源を用い、−２５ｄＢｍの基準レベルに対して、−４ｄＢｍにステップ状に光入力が変化している。【００８９】    なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲における変形による実施は可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】    本発明によれば、高速応答可能な光増幅器が実現できるため、光通信機器として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】  オーバシュート信号の説明図
【図２】  ＰＩＤ回路構成例図
【図３】  本発明の実施の形態１の構成図
【図４】  オーバシュート量とＥＤＦの応答速度の関係説明図
【図５】  オーバシュート量と遅延量の関係図
【図６】  本発明の実施の形態１の実験結果
【図７】  本発明の実施の形態２の構成図
【図８】  高速出力可変手段導入効果の原理説明図
【図９】  ＶＯＡ駆動回路構成例図
【図１０】  ＶＯＡ駆動回路のシミュレーション結果例図
【図１１】  本発明の実施の形態２の実験結果
【符号の説明】
【００９２】１０  入力光
２０  出力光
３０  ＴＩＡから出力される電気信号
４０  ＰＩＤから出力される電気信号
５０  ＰＵＭＰ−ＬＤから出力される励起光
３００  光増幅媒体
３１０  光増幅手段
３２０  ＰＵＭＰ−ＬＤ
３３０  ＰＵＭＰ−ＬＤ駆動回路
４００  フィードフォワード制御手段
４１０  比較部
４２０  利得設定端子
４３０  ＯＰＡＭＰ
４４０  ＰＩＤ回路
５００  入力モニタ手段
５１０  ＴＡＰ−ＰＤ
５２０  ＴＩＡ
５５０  第一の入力モニタ手段
５６０  第二の入力モニタ手段
６１０  高速出力可変手段
６２０  高速可変光減衰器（ＶＯＡ）
６３０  ＶＯＡ駆動回路
７００  出力光モニタ手段
８００  フィードバック制御手段
８１０  ＯＰＡＭＰ
９００  光遅延手段
９１０  光遅延ファイバ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１０】
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