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技術 光増幅装置および光増幅方法

出願人 NECプラットフォームズ株式会社
発明者 前川智也
出願日 2015年12月25日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-253987
公開日 2017年6月29日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-118013
状態 特許登録済
技術分野 光通信システム レーザ(2)
主要キーワード 入力変動 自動レベル制御回路 自動レベル制御 光遅延回路 出力増加 レベル制御回路 各可変光減衰器 出力モニタ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月29日)のものです。
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図面 (5)

課題

簡単な構成で、光サージのような急激な入力変動があっても出力を所定レベルに維持できる光増幅装置を提供する

解決手段

光増幅装置は、光増幅器と、第1の自動レベル制御手段と、第1の自動レベル制御手段より時定数の大きい第2の自動レベル制御手段とを有している。第1の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第1のフィードバックループを有し、出力を第1の所定のレベルに維持する。第2の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第2のフィードバックループを有し、出力を第1の所定レベルより狭いレンジの第2の所定のレベルに維持する。

概要

背景

光伝送システムでは長距離伝送を行うことなどを目的として適宜信号の増幅を行っている。このような増幅を行う増幅装置では信号のレベルを一定にするために、自動レベル制御(Automatic Level Control:ALC)が多く用いられている。ALCでは増幅器の出力をモニタし、出力信号フィードバックすることにより、出力レベル所定範囲に保つよう制御を行う。ところで、ALCによるレベル制御を行っていても、入力に急激な変動があると、レベルを保つことが困難になる場合がある。例えば、入力信号瞬断が起こると単純なALCでは、最初に利得を上昇させてレベルを一定に保とうとする。ここで入力信号が復旧すると必要以上の増幅がなされることにより光サージと呼ばれる大きな信号が出力されてしまう。光サージが出力されると、機器破壊されるなどの弊害があるため、光サージの出力を防ぐ試みが種々行われている。

例えば特許文献1には、光遅延回路を利用して、光増幅装置から大パワーの光が出力されることを防止する技術が開示されている。この技術では、光増幅器の出力をモニタし、この出力をフィードフォワードして、後方に設けられた可変光減衰器減衰量を制御するALCを採用している。そして、光増幅器と可変光減衰器との間に光遅延回路を設けている。この構成とすることで光増幅器から出力された光は、光遅延回路を通過する分だけ遅れて可変光減衰器に到達する。このため、出力モニタで光サージを検出してから、光サージが可変光減衰器に到達するまでの間に、可変光減衰器の調整を完了し、光サージの透過を防止することができる。なお可変光減衰器は、一般にVOA(Variable Optical Attenuator)と略記されることが多いため、以降の説明ではVOAの表記も用いることとする。

また特許文献2には、信号断等で停止したALCの立ち上げを、出力が最小となる設定から開始することにより、大パワーの光が出力されることを防止する技術が開示されている。この技術では光増幅器の出力をVOAで減衰して調整するALCを採用している。信号断等によりALCが停止した後の、ALCの立ち上げ時には、入力が未知である。このため、VOAをALC停止前の設定としておくと、入力が通常より大きかった場合に大きなパワーの信号が出力される可能性がある。しかし、上記のように、VOAの減衰量を予め大きくしておくと、たとえVOAへの入力パワーが大きくなっていたとしても、出力パワーが大きくなることを防止して、安全サイドで立ち上げを行うことができる。

概要

簡単な構成で、光サージのような急激な入力変動があっても出力を所定レベルに維持できる光増幅装置を提供する光増幅装置は、光増幅器と、第1の自動レベル制御手段と、第1の自動レベル制御手段より時定数の大きい第2の自動レベル制御手段とを有している。第1の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第1のフィードバックループを有し、出力を第1の所定のレベルに維持する。第2の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第2のフィードバックループを有し、出力を第1の所定レベルより狭いレンジの第2の所定のレベルに維持する。

目的

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる、簡易な構成の光増幅装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

入力光の強度を増幅して出力する光増幅器と、前記光増幅器から入力された光の強度を第1の所定レベルに調整して出力するする第1の自動レベル制御手段と、前記第1の自動レベル制御手段から入力された光の強度を前記第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに調整して出力するする第2の自動レベル制御手段とを有し、前記第1の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより第1の時定数をもって出力レベルを調整し、前記第2の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより前記第1の時定数より長い第2の時定数をもって出力レベルを調整することを特徴とする光増幅装置

請求項2

前記第1の時定数が前記第2の時定数の1/1000乃至1/100の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置。

請求項3

前記第1の時定数が0.1ms乃至1msの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置。

請求項4

前記第2の時定数が10ms乃至1000msの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置。

請求項5

前記第1の自動レベル制御手段が第1の可変光減衰器を有し前記第1の自動レベル制御手段の出力をフィードバックして前記第1の可変光減衰器の減衰率を調整し、前記第2の自動レベル制御手段が第2の可変光減衰器を有し前記第2の自動レベル制御手段の出力をフィードバックして前記第2の可変光減衰器の減衰率を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか一項に記載の光増幅装置。

請求項6

前記第1の可変光減衰器の応答速度が前記第2の可変光減衰器の応答速度よりも速いことを特徴とする請求項1乃至請求項5いずれか一項に記載の光増幅装置。

請求項7

前記第1の自動レベル制御手段が前記第1の自動レベル制御手段の出力を電圧に変換する第1のコンデンサを含む電流電圧変換回路を有し、前記第2の自動レベル制御手段が前記第2の自動レベル制御手段の出力を電圧に変換する第2のコンデンサを含む電流電圧変換回路を有し、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサより容量が大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項6いずれか一項に記載の光増幅装置。

請求項8

光増幅器で入力光の強度を増幅して出力し、前記光増幅器から入力された光の強度を第1の所定レベルに調整し、前記第1の自動レベル制御手段から入力された光の強度を前記第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに調整し、前記第1の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより第1の時定数をもって出力レベルを調整し、前記第2の自動レベル制御手段は、自身の出力をフィードバックすることにより前記第1の時定数より長い第2の時定数をもって出力レベルを調整することを特徴とする光増幅方法

請求項9

前記第1の時定数が前記第2の時定数の1/1000乃至1/100の範囲内であることを特徴とする請求項8に記載の光増幅方法。

請求項10

前記第1の時定数が0.1ms乃至1msの範囲内であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の光増幅方法。

技術分野

0001

本発明は、光増幅装置および光増幅方法に関する。

背景技術

0002

光伝送システムでは長距離伝送を行うことなどを目的として適宜信号の増幅を行っている。このような増幅を行う増幅装置では信号のレベルを一定にするために、自動レベル制御(Automatic Level Control:ALC)が多く用いられている。ALCでは増幅器の出力をモニタし、出力信号フィードバックすることにより、出力レベル所定範囲に保つよう制御を行う。ところで、ALCによるレベル制御を行っていても、入力に急激な変動があると、レベルを保つことが困難になる場合がある。例えば、入力信号瞬断が起こると単純なALCでは、最初に利得を上昇させてレベルを一定に保とうとする。ここで入力信号が復旧すると必要以上の増幅がなされることにより光サージと呼ばれる大きな信号が出力されてしまう。光サージが出力されると、機器破壊されるなどの弊害があるため、光サージの出力を防ぐ試みが種々行われている。

0003

例えば特許文献1には、光遅延回路を利用して、光増幅装置から大パワーの光が出力されることを防止する技術が開示されている。この技術では、光増幅器の出力をモニタし、この出力をフィードフォワードして、後方に設けられた可変光減衰器減衰量を制御するALCを採用している。そして、光増幅器と可変光減衰器との間に光遅延回路を設けている。この構成とすることで光増幅器から出力された光は、光遅延回路を通過する分だけ遅れて可変光減衰器に到達する。このため、出力モニタで光サージを検出してから、光サージが可変光減衰器に到達するまでの間に、可変光減衰器の調整を完了し、光サージの透過を防止することができる。なお可変光減衰器は、一般にVOA(Variable Optical Attenuator)と略記されることが多いため、以降の説明ではVOAの表記も用いることとする。

0004

また特許文献2には、信号断等で停止したALCの立ち上げを、出力が最小となる設定から開始することにより、大パワーの光が出力されることを防止する技術が開示されている。この技術では光増幅器の出力をVOAで減衰して調整するALCを採用している。信号断等によりALCが停止した後の、ALCの立ち上げ時には、入力が未知である。このため、VOAをALC停止前の設定としておくと、入力が通常より大きかった場合に大きなパワーの信号が出力される可能性がある。しかし、上記のように、VOAの減衰量を予め大きくしておくと、たとえVOAへの入力パワーが大きくなっていたとしても、出力パワーが大きくなることを防止して、安全サイドで立ち上げを行うことができる。

先行技術

0005

特開平6−45682号公報
国際公開第2009/016695号

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1の技術では、遅延回路を設ける必要があるため装置が大型化しコストも増加するという問題があった。また、特許文献2の技術では、VOAの減衰量が最大の設定から立ち上げを開始するため、入力が小さかった場合には、VOAの調整が収束するまでに時間がかかるという問題があった。

0007

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる、簡易な構成の光増幅装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

上記の課題を解決するため、本発明の光増幅装置は、光増幅器と、第1の自動レベル制御手段と、第1の自動レベル制御手段より時定数が大きい第2の自動レベル制御手段とを有している。第1の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第1のフィードバックループを有し、出力を第1の所定レベルに維持する。第2の自動レベル制御手段は自身の出力をフィードバックする第2のフィードバックループを有し、出力を第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに維持する。

発明の効果

0009

本発明の効果は、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる、簡易な構成の光増幅装置を提供できることである。

図面の簡単な説明

0010

第1の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。
第2の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。
第2の実施形態の各部の出力の例を模式的に示すグラフである。
第3の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。

実施例

0011

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

0012

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。光増幅装置は、光増幅手段1と、第1の自動レベル制御手段2と、第1の自動レベル制御手段2より時定数が大きい第2の自動レベル制御手段3とを有している。第1の自動レベル制御手段2は自身の出力をフィードバックする第1のフィードバックループFB1を有し、出力を第1の所定レベルに維持する。第2の自動レベル制御手段3は自身の出力をフィードバックする第2のフィードバックループFB2を有し、出力を第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに維持する。なお、上記の時定数とは、出力の変動を検出してからレベル制御が実行されるまでの時間であるものとする。

0013

上記したように第1の自動レベル制御手段2は、第2の自動レベル制御手段3より小さな時定数を有している。このため、第1の自動レベル制御手段2は、光サージのような急激な入力変動にも追随してその変動を緩和することができる。第2の自動レベル制御手段3は、第1の自動レベル制御手段2から第1の所定レベルの入力を受け、第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルの光信号を出力する。このとき、第2の自動レベル制御手段3は、第1の自動レベル制御手段2より、大きな時定数を有しているため、出力を安定的に第2の所定レベルに維持することができる。

0014

なお上記の光増幅装置と同様の光増幅装置を複数段有する光増幅システムを構成しても良い。

0015

以上説明したように、本実施形態によれば、光サージのような急激な入力変動があっても光増幅装置の出力を所定レベルに安定的に維持することができる。

0016

(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。光増幅装置は、光増幅器4と、第1の可変光減衰器11と、分波器12と、第2の可変光減衰器21と、分波器22と、第1の自動レベル制御回路13と、第2の自動レベル制御回路23とを有している。分波器12で分波された信号は、第1のフィードバックループFB1で第1の自動レベル制御回路13にフィードバックされる。ここで、第1の可変光減衰器11と、分波器12と、第1の自動レベル制御回路13と、FB1とで構成されるループを第1のALC系と呼ぶこととする。また、第2の可変光減衰器21と、分波器22と、第2の自動レベル制御回路23と、FB2とで構成されるループを第2のALC系と呼ぶこととする。

0017

光増幅器4は、入力された光信号の強度を増幅して出力する。具体的には、例えばEDFA(Erbium−Doped optical Fiber Amplifier)と、励起光源と、自動利得制御回路とを用いた増幅器とすることができる。励起光源としては、例えばレーザーダイオードを用いる。そして、光増幅器に入力される信号光をモニタし、自動利得制御(Automatic Gain Control:AGC)によって励起光のパワーを制御する。なお、このような光増幅器の構成は、光伝送で一般的に用いられるものであるため、詳細な説明は割愛する。なお光増幅器としては、光信号を電気信号に変換し、電気信号を増幅し、電気信号を光信号に変換するタイプのものも用いることができる。

0018

光増幅器4で増幅された光信号は、第1の可変光減衰器11に入力される。第1の可変光減衰器11は、入力された光信号を第1の所定レベルに減衰した光信号を出力する。第1の可変光減衰器11としては、例えば、マッハツェンダ型や、電界吸収型のものを用いることができる。可変光減衰器の減衰率調整は、第1の自動レベル制御回路13によって実行する。なおマッハツェンダ型や電界吸収型の可変光減衰器は一般的な技術であるため、その調整と動作については説明を省略する。

0019

分波器12は、第1の可変光減衰器11の出力する信号光を分波し、分波した光信号を、第1のフィードバックループFB1を介して、第1のレベル制御回路に出力する。分波器としては例えば、ファイバ型フォトカプラを用いることができる。

0020

第1の自動レベル制御回路13は、ALC方式で、第1の可変光減衰器11の出力が第1の所定レベルに維持されるように、第1の可変光減衰器11の減衰率を調整する。

0021

第1の可変光減衰器11から出力された光信号は、第2の可変光減衰器21に入力され、第2の可変光減衰器21は、第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに調整した光信号を出力する。

0022

分波器22は、第2の可変光減衰器21の出力する信号光を分波し、分波した光信号を、第2のフィードバックループFB2を介して、第2の自動レベル制御回路23に出力する。

0023

第2の自動レベル制御回路23は、FB2から入力された光信号の強度を参照し、第2の可変光減衰器21の出力が第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに維持されるように、第2の可変光減衰器21の減衰率を調整する。

0024

ここで第1の可変光減衰器11と、第1の自動レベル制御回路13と、第1のフィードバックループFB1とで構成される制御系を第1のALC制御系_ALC1と呼ぶこととする。同様に、第2の可変光減衰器21と、第2の自動レベル制御回路23と、第2のフィードバックループFB2とで構成される制御系を第2のALC系_ALC2と呼ぶこととする。この場合、第1のALC系は、第2のALC系より小さな時定数を有する。この時定数とは、各自動レベル制御回路が各可変光減衰器の減衰率調整を完了するまでの時間とする。

0025

光増幅器4としてEDFAを用いた場合、誘導放出に起因する光サージは概ね1msオーダー現象である。そこでALC1が光サージに追随するためには、例えば時定数を0.1ms乃至1msの範囲に設定すると良い。一方、安定したALCを実行するためには100ms程度の時定数を設定することが望ましいので、ALC2の時定数は、例えば100msとすることができる。このため、ALC1の時定数はALC2の時定数の1/1000乃至1/100とするのが適当である。

0026

次に動作について説明する。図3(a)、(b)、(c)は、それぞれ、光増幅器4、ALC1、ALC2の出力波形を模式的に示すグラフである。

0027

まず図3(a)のように、光増幅器4から、光サージが出力される。ALC1では、図3(b)に示すように、この光サージを第1の所定レベル内に抑え込むようにレベル調整を行う。次にALC2が、図3(c)に示すように、出力が第1の所定レベルよりレンジの狭い第2の所定レベルに収まるように調整を行って出力する。以上のように動作することにより、光サージを透過させることなく、出力レベルを安定的に維持することができる。

0028

なお上記の光増幅装置と同様の光増幅装置を複数段有する光増幅システムを構成しても良い。

0029

以上説明したように、本実施形態によれば、光サージの出力を防止しつつ、速やかに出力を所定レベルに調整できる。

0030

(第3の実施形態)
図4は、第3の実施形態の光増幅装置を示すブロック図である。光増幅装置は、第2の実施形態と同様に、光増幅器4と、第1の可変光減衰器11と、分波器12と、第2の可変光減衰器21と、分波器22と、第1の自動レベル制御回路13と、第2の自動レベル制御回路23とを有している。なお図3では可変光減衰器をVOAと略記している。すなわち第1の可変光減衰器11をVOA1_11、第2の可変光減衰器21をVOA2_21と記している。

0031

光増幅器4は、第2の実施形態と同様に入力された光信号を増幅した光信号を出力する。ここでは、光増幅器4がAGC(自動利得制御)機能を持つものを例示している。

0032

第1の自動レベル制御回路は、フォトダイオードPD1と、容量C1と、抵抗R1と、アンプA1とを有している。同様に、第2の自動レベル制御回路は、フォトダイオードPD2と、容量C2と、抵抗R2と、アンプA1とを有している。

0033

次に第1の自動レベル制御回路の構成と動作について説明する。分波器12と、第1の自動レベル制御回路13、第1の可変光減衰器11で第1のALC系を構成する。分波器12で分波された出力は、フォトダイオードPD1で検出され、抵抗R1と容量C1とによって電圧に変換される。電圧に変換された出力は、出力の基準値に対応する基準電位Vref1との差をアンプA1で増幅され、VOA1の制御電圧として出力される。VOA1の減衰率は上記の制御電圧によって調整される。この時、PD1が検出した出力が所定値より大きければ減衰率を大きくして出力を減少させ、小さければ減衰率を小さくして出力増加させ、出力が所定値になるように動作する。

0034

分波器22、第2の自動レベル制御回路23、第2の可変光減衰器21で構成される第2のALC系の動作も第1のALC系の動作と同様である。しかしながら、第2のALC系は、第1のALC系よりも大きな時定数を有している。ここで第1のALC系の時定数をτ1、第2のALC系の時定数をτ2とする。

0035

各ALC系の時定数τは、構成要素となる個々の素子応答速度と回路の動作速度で決まるが、フォトダイオードPDに接続するLC回路の時定数に大きく依存する。このため、例えば容量をC1≪C2とすることにより、τ1≪τ2とすることができる。時定数τ1とτ2は、第2の実施形態で説明したように、例えば、例えばτ1=0.1ms、τ2=100msとすることができる。加えて、可変光減衰器として応答速度の異なるものを選択することもできる。

0036

以上説明したように、本実施形態よれば、簡易な回路構成で、所望の時定数を持った自動レベル制御回路を構成することができる。

0037

なお上記の光増幅装置と同様の光増幅装置を複数段有する光増幅システムを構成しても良い。

0038

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

0039

1光増幅手段
2 第1の自動レベル制御手段
3 第2の自動レベル制御手段
4光増幅器
11 第1の可変光減衰器
12、22分波器
13 第1の自動レベル制御回路
21 第2の可変光減衰器
23 第2の自動レベル制御回路

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