JP2010166000A

JP2010166000A - 光増幅装置および制御方法ならびに制御プログラム

Info

Publication number: JP2010166000A
Application number: JP2009009200A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Abe; 良彦阿部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】入力光断検出を確実に行うことができる光増幅装置および制御方法ならびに制御プログラムを提供する。
【解決手段】入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で検出精度の向上が必要な場合には、フォトダイオード３の逆バイアス電圧を低くするので暗電流が低下し、また低入力モニタ時に最低限必要な応答周波数も低くて済むので、応答速度の低下を抑制しつつ入力光モニタ精度を向上させることができ、入力光断検出を確実に行うことができる。入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には、逆バイアス電圧を高くするので、フォトダイオード３の端子間容量が低下し、また、高速な応答として最低限必要な応答周波数も高くなるので、入力光モニタ精度の低下を抑制しつつ応答速度を向上させることができ、入力光断検出を確実に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信に用いられる光増幅装置に係り、特に、入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を制御する制御手段を備えた光増幅装置および制御方法ならびに制御プログラムに関するものである。

光ファイバ通信は、電話回線を通じてコンピュータをネットワークに接続するポイント・ツー・ポイント伝送やメトロ／アクセスネットワークにおける超高速・大容量の通信のために必要不可欠な技術のひとつであり、これに関する多くの技術が開発されてきた。

現在、光ファイバ通信を支える技術として、光パルスのスペクトルを周波数軸上で直交させて伝送する波長分割多重方式（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）が知られている。この方式により、伝送容量が飛躍的に増大し、周波数利用効率の改善も期待できるようになった。また、光信号を伝送する光ファイバの損失を補償するため、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ；Erbium Doped Fiber Amplifier）が実用化され、伝送距離が大幅に伸びることとなった。

図６は従来の光増幅装置の構成を示すブロック図である。この光増幅装置は、光信号を入力する入力ポート１、入力ポート１から送信されてきた入力光信号を分岐する光分岐器２、光分岐器２で一部が分岐された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード３、フォトダイオード３に逆バイアス電圧を与える逆バイアス回路４、およびフォトダイオード３から出力された電気信号を対数変換するログアンプ５を備えている。

また、この光増幅装置は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を光増幅する光増幅手段としてのＥＤＦＡ６、ＥＤＦＡ６で光増幅された光信号を分岐する光分岐器７、光分岐器７から送信されてきた光信号を出力する出力ポート８、光分岐器７で一部が分岐された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード９、フォトダイオード９に逆バイアス電圧を与える逆バイアス回路１０、フォトダイオード９から出力された電気信号を対数変換するログアンプ１１、およびログアンプ５から出力された電気信号とログアンプ１１から出力された電気信号とによりＥＤＦＡ６の利得を制御する制御手段としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）１２を備えている。

次に、この従来の光増幅装置の動作について説明する。図６において、入力ポート１は、この光増幅装置の外部から光信号を入力する。光分岐器２は、入力ポート１から送信されてきた入力光信号を、ＥＤＦＡ６と、光入力モニタ側のフォトダイオード３とに、所定の分岐比で分岐する。逆バイアス回路４は、所定の逆バイアス電圧をフォトダイオード３に印加する。フォトダイオード３は、印加された逆バイアス電圧に従って光分岐器２から送信されてきた一部の入力光信号を電気信号に変換する。ログアンプ５は、フォトダイオード３から送信されてきた電気信号を対数変換し、対数変換信号をＤＳＰ１２に送信する。ＤＳＰ１２は、ログアンプ５からの対数変換信号に従ってＥＤＦＡ６の利得を制御する。ＥＤＦＡ６は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を、ＤＳＰ１２によって制御された利得の電気信号に従って直接光増幅する。

光分岐器７は、ＥＤＦＡ６で光増幅された光信号を、出力ポート８と、光出力モニタ側のフォトダイオード９とに、所定の分岐比で分岐する。分岐された光信号の殆どは出力ポート８から送信され、一部の光信号はフォトダイオード９に送信される。逆バイアス回路１０は、所定の逆バイアス電圧をフォトダイオード９に印加する。フォトダイオード９は、印加された逆バイアス電圧に従って光分岐器７から送信されてきた一部の入力光信号を電気信号に変換する。ログアンプ１１は、フォトダイオード９から送信されてきた電気信号を対数変換し、対数変換信号をＤＳＰ１２に送信する。ＤＳＰ１２は、ログアンプ１１からの対数変換信号をも参照してＥＤＦＡ６の利得を制御する。即ち、ＤＳＰ１２は、ログアンプ５からの対数変換信号とログアンプ１１からの対数変換信号とに従ってＥＤＦＡ６の利得を制御する。ＥＤＦＡ６は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を、ＤＳＰ１２によって制御された利得の電気信号に従って直接光増幅する。

特開平９−２６０７１９号公報特開２００８−２２７４１１号公報

しかしながら、上述した構成の従来の光増幅装置においては、入力光レベルが所定レベル未満のとき、光入力モニタ側のフォトダイオード３の入力光モニタ精度が劣化するので、入力光モニタ精度を向上させるためにはフォトダイオード３の逆バイアス電圧を低くする必要があるが、逆バイアス電圧を低くすると、フォトダイオード３の特性により、その端子間容量が増加して充放電の時定数が大きくなり、応答速度が低下するという課題が生じる。

また、従来の光増幅装置においては、入力光レベルが所定レベル以上のとき、フォトダイオード３に流れる電流も大きく、端子間容量も影響して充放電の時定数が大きくなり、応答速度が低下するので、高速応答を実現させるためにはフォトダイオード３の逆バイアス電圧を高くし、端子間容量を小さくする必要があるが、逆バイアス電圧を高くすると、フォトダイオード３の特性により、フォトダイオード３の暗電流が増加し、入力光モニタ精度が劣化し、正常な入力光断検出ができないという課題が生じる。

ところで、特許文献１に示される先行技術は、過大な光信号が入力した瞬間には過大な光電流が流れて光電変換素子を破損したり、電圧降下用抵抗による過渡応答のために通常の光入力信号に必要とされる逆バイアス電圧に復帰するまでに時間遅れが生じたりするのを防ぐため、光入力信号のレベルに応じた受信信号を検出する検出手段と、この検出信号が前記受信信号の信号終了を検出したとき、前記逆バイアス電圧を、前記電圧降下用抵抗を介さないで前記光電変換素子に印加する制御手段を備えている。

しかしながら、この先行技術は、光電変換素子に過大な光信号が入力された場合に発生する光電変換素子の特性劣化に関し、特性劣化の改善のために光入力信号が無い期間に高い逆バイアス電圧を光電変換素子に印加しているが、逆バイアス電圧を連続的に変化させて光電変換素子の特性を改善しているものではないので、上述した従来の光増幅装置における課題を解決できるものではない。

また、特許文献２に示される先行技術は、多段光増幅器において、初段の光増幅器の利得を他段の光増幅器の利得よりも大きくすることにより、自然放出光によって減少した信号成分を初段の光増幅器で増加させて相対的に雑音を減少させ、これにより、得られた高いＳＮ比の信号が他段の光増幅器で維持され、高いＳＮ比の光出力信号を得るようにしたものであって、逆バイアス電圧を連続的に変化させて、受光素子（光電変換素子）の特性を改善しているものではないので、上述した従来の光増幅装置における課題を解決できるものではない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、入力光レベルが低い場合は、応答速度の低下を抑制しつつ入力光モニタ精度を向上させ、入力光レベルが高い場合は、入力光モニタ精度の低下を抑制しつつ応答速度を向上させ、これにより、入力光断検出を確実に行うことができる光増幅装置および制御方法ならびに制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、入力された光を増幅して所望レベルの光を出力する光増幅手段を有する光増幅装置であって、入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し前記入力光レベルが低いときの前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御する制御手段を備えたことを特徴とする光増幅装置である。

また、本発明は、入力された光を増幅して所望レベルの光を出力する光増幅手段を有する光増幅装置の制御方法であって、入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し、前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御することを特徴とする光増幅装置の制御方法である。

また、本発明は、入力された光を増幅して所望レベルの光を出力する光増幅手段を有する光増幅装置を制御するための制御プログラムであって、入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し、前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御するためにコンピュータに実行させるための制御プログラムである。

本発明によれば、入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように光電変換素子の逆バイアス電圧を制御することによって、入力光レベルが低い場合は、応答速度の低下を抑制しつつ入力光モニタ精度を向上させることができ、入力光レベルが高い場合は、入力光モニタ精度の低下を抑制しつつ応答速度を向上させることができ、これにより、入力光断検出を確実に行うことができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。実施形態においてフォトダイオードの逆バイアス電圧と暗電流と端子間容量との関係をグラフで示した説明図である。実施形態においてフォトダイオードの逆バイアス電圧毎の入力光レベルと入力光モニタとの関係をグラフで示した説明図である。実施形態においてフォトダイオードの逆バイアス毎の応答周波数と利得（光電変換電流）との関係をグラフで示した説明図である。他の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。従来の光増幅装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は本実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。図１において、図６に示す構成要素に対応するものには、同一の符号を付す。この光増幅装置は、入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し、前記入力光レベルが低いときの前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

図１において、この光増幅装置は、光信号を入力する入力ポート１、入力ポート１から送信されてきた入力光信号を分岐する光分岐器２、光分岐器２で一部が分岐された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード３、フォトダイオード３に逆バイアス電圧を与える逆バイアス回路４ａ、およびフォトダイオード３から出力された電気信号を対数変換するログアンプ５を備えている。

また、この光増幅装置は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を光増幅する光増幅手段としてのＥＤＦＡ６、ＥＤＦＡ６で光増幅された光信号を分岐する光分岐器７、光分岐器７から送信されてきた光信号を出力する出力ポート８、光分岐器７で一部が分岐された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード９、フォトダイオード９に逆バイアス電圧を与える逆バイアス回路１０、フォトダイオード９から出力された電気信号を対数変換するログアンプ１１、およびログアンプ５から出力された電気信号とログアンプ１１から出力された電気信号とによりＥＤＦＡ６の利得を制御する制御手段としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）１２ａを備えている。

ＤＳＰ１２ａは、入力光レベルを検出するためのフォトダイオード３の逆バイアス電圧を入力光レベルに従って変化させ、フォトダイオード３からの電気信号に基づいてＥＤＦＡ６の利得を制御するために内部に備える図示しないコンピュータに実行させるための制御プログラムを図示しないメモリに記憶しており、入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、検出精度の向上が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を入力光レベルに応じて低くし、入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を入力光レベルに応じて高くする制御をコンピュータに実行させるものである。

次に、この光増幅装置の動作について説明する。図１において、入力ポート１は、この光増幅装置の外部から光信号を入力する。光分岐器２は、入力ポート１から送信されてきた入力光信号を、ＥＤＦＡ６と、光入力モニタ側のフォトダイオード３とに、所定の分岐比で分岐する。逆バイアス回路４ａは、ＤＳＰ１２ａからの逆バイアス制御信号に基づいて設定された逆バイアス電圧をフォトダイオード３に印加する。フォトダイオード３は、印加された逆バイアス電圧に従って光分岐器２から送信されてきた一部の入力光信号を電気信号に変換する。ログアンプ５は、フォトダイオード３から送信されてきた電気信号を対数変換し、対数変換信号をＤＳＰ１２ａに送信する。ＤＳＰ１２ａは、ログアンプ５からの対数変換信号に従ってＥＤＦＡ６の利得を制御する。ＥＤＦＡ６は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を、ＤＳＰ１２ａによって制御された利得の電気信号に従って直接光増幅する。

光分岐器７は、ＥＤＦＡ６で光増幅された光信号を、出力ポート８と、光出力モニタ側のフォトダイオード９とに、所定の分岐比で分岐する。分岐された光信号の殆どは出力ポート８から送信され、一部の光信号はフォトダイオード９に送信される。逆バイアス回路１０は、所定の逆バイアス電圧をフォトダイオード９に印加する。フォトダイオード９は、印加された逆バイアス電圧に従って光分岐器７から送信されてきた一部の入力光信号を電気信号に変換する。ログアンプ１１は、フォトダイオード９から送信されてきた電気信号を対数変換し、対数変換信号をＤＳＰ１２ａに送信する。ＤＳＰ１２ａは、ログアンプ１１からの対数変換信号をも参照してＥＤＦＡ６の利得を制御する。即ち、ＤＳＰ１２ａは、ログアンプ５からの対数変換信号とログアンプ１１からの対数変換信号とに従ってＥＤＦＡ６の利得を制御する。

詳しくは、ＤＳＰ１２ａは、入力光レベル（入力モニタレベル）を監視し、入力光レベルが所定レベル未満のとき、このときの入力光レベルに応じてフォトダイオード３の逆バイアス電圧を低くし、入力光レベルが所定レベル以上のとき、このときの入力光レベルに応じてフォトダイオード３の逆バイアス電圧を高くする逆バイアス制御信号を計算して逆バイアス回路４ａに送信し、または予め取得して図示しないメモリに格納した入力光レベルと逆バイアス電圧との相関関係により決定される逆バイアス制御信号を逆バイアス回路４ａに送信する。即ち、ＤＳＰ１２ａは、入力光レベルを検出するためのフォトダイオード３の逆バイアス電圧を入力光レベルに従って変化させ、フォトダイオード３からの電気信号に基づいてＥＤＦＡ６の利得を制御するものであり、入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、検出精度の向上が必要な場合には（入力光モニタ精度が重要な範囲では）、逆バイアス電圧を入力光レベルに応じて低くし、入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には（高速な応答が重要な範囲では）、逆バイアス電圧を入力光レベルに応じて高くすることを特徴としている。

図２は実施形態においてフォトダイオードの逆バイアス電圧と暗電流と端子間容量との関係をグラフで示した説明図である。図２において、横軸はフォトダイオードの逆バイアス電圧を示し、縦軸はフォトダイオードの端子間容量と暗電流を示す。図２によれば、逆バイアス電圧が増加するほど、暗電流がラインＬ１で示すように増加し、一方、端子間容量がラインＬ２で示すように減少する。例えば、暗電流は、逆バイアス電圧Ｖｒａ印加時に比べて逆バイアス電圧Ｖｒｂ印加時の方が増加しており、また、端子間容量は、逆バイアス電圧Ｖｒａ印加時に比べて逆バイアス電圧Ｖｒｂ印加時の方が減少している。これから分かるように、フォトダイオードは、暗電流が増加すると、入力光モニタ精度が劣化し、端子間容量が増加すると、応答周波数が低下するという特性がある。

図３は実施形態においてフォトダイオードの逆バイアス電圧毎の入力光レベルと入力光モニタとの関係をグラフで示した説明図である。図３において、必要なモニタ精度の破線Ｌ３は光増幅装置として必要な入力光モニタ精度の限界を示す。例えば、逆バイアス電圧がＶｒｂに固定されている場合、入力光レベルが低下しＸ１に達すると、入力光モニタ精度の限界に達する。

一方、逆バイアス電圧をＶｒａ（＜Ｖｒｂ）に設定した場合、入力光モニタ範囲がＸ２まで拡張される。したがって、入力モニタ精度が重要な範囲（入力光レベルがＸ１未満の範囲）まで、入力光レベルが低下した場合、逆バイアス電圧を段階的または連続的にＶｒｂからＶｒａへ変化させることで、入力光レベルに対する入力光モニタを示すラインＬ４が入力光レベルＸ０付近からラインＬ５からラインＬ６に変わり、拡張されるモニタ範囲においては、ラインＬ６はラインＬ３で示す必要なモニタ精度の下側に入り、入力光モニタの精度を向上させることができる。

図４は実施形態においてフォトダイオードの逆バイアス毎の応答周波数と利得（光電変換電流）との関係をグラフで示した説明図である。図４において、ラインＬ７は、フォトダイオードの逆バイアス電圧がＶｒｂであるときの応答周波数と利得との関係を示す。ラインＬ８は、フォトダイオードの逆バイアス電圧がＶｒａであるときの応答周波数と利得との関係を示す。ｆｃａは、入力光レベルが例えば図３に示すように入力光レベルＸ１未満の時である低入力モニタ時に最低限必要な応答周波数である。ｆｃｂは、入力光レベルが例えば図３に示すように入力光レベルＸ１以上の時で高速な応答として最低限必要な応答周波数である。

高速な応答が重要な範囲（図３参照）の入力光レベルでは、ｆｃｂ以上のカットオフ周波数を必要とする。また、入力モニタ精度が重要な範囲（図３参照）では、ｆｃａ以上のカットオフ周波数があれば良い。したがって、高速な応答が重要な範囲まで入力レベルが上昇した場合、逆バイアスを段階的または連続的にＶｒａからＶｒｂへ変化させることで高速な応答が実現できる。

次に、図１に示す光増幅装置の動作について図２〜図４を参照して説明する。入力ポート１から入力された入力光信号は、光分岐器２により、ＥＤＦＡ６の方向とフォトダイオード３の方向とに所定の分岐比で分岐される。逆バイアス回路４ａは、ＤＳＰ１２ａからの逆バイアス制御信号に基づいて設定された逆バイアス電圧をフォトダイオード３に印加する。例えば、逆バイアス電圧がＶｒｂに設定されている状態で、入力光レベルがＸ１未満（図３参照）であることを、ＤＳＰ１２ａが検出すると、ＤＳＰ１２ａは、逆バイアス回路４ａを制御してフォトダイオード３の逆バイアス電圧を例えばＶｒａに設定する（図２参照）。

これにより、入力ポート１への入力光信号の入力光レベルが低い場合には、即ち、入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、入力光検出精度の向上が必要な場合には（入力モニタ精度が重要な範囲（図３参照）では）、逆バイアス電圧を低くするので、暗電流が低下し（図２参照）、また、低入力モニタ時に最低限必要な応答周波数も低くて済むので（図４参照）、応答速度の低下を抑制しつつ入力光モニタ精度を向上させることができ、したがって、入力光断検出を確実に行うことができる。なお、逆バイアス電圧をＶｒｂからＶｒａに下げると、フォトダイオード３の端子間容量が増加するが（図２参照）、入力光レベルが低く、光電変換の電流も少ないので、充放電の時定数は大きくはならす、これにより、応答速度の低下も抑制されるので、入力光モニタ精度と応答性には問題はない。

次に、例えば、逆バイアス電圧がＶｒａに設定されている状態で、入力光レベルがＸ１以上（図３参照）であることを、ＤＳＰ１２ａが検出すると、ＤＳＰ１２ａは、逆バイアス回路４ａを制御してフォトダイオード３の逆バイアス電圧を例えばＶｒｂに設定する（図２参照）。

これにより、入力ポート１への入力光信号の入力光レベルが高い場合には、即ち、入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には（高速な応答が重要な範囲（図３参照）では）、逆バイアス電圧を高くするので、フォトダイオード３の端子間容量が低下し、また、高速な応答として最低限必要な応答周波数も高くなるので（図４参照）、入力光モニタ精度の低下を抑制しつつ応答速度を向上させることができ、これにより、入力光断検出を確実に行うことができる。なお、逆バイアス電圧をＶｒａからＶｒｂに上げると、フォトダイオード３の暗電流が増加するが（図２参照）、入力光レベルが高く、光電変換の電流も大きいが、端子間容量が小さいので、充放電の時定数は大きくはならす、これにより、応答速度の低下も抑制されるので、入力光モニタ精度と応答性には問題はない。

図５は他の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１に示す構成要素に対応するものには同一の符号を付す。

図５において、この光増幅装置は、光信号を入力する入力ポート１、入力ポート１から送信されてきた入力光信号を分岐する光分岐器２、光分岐器２で一部が分岐された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード３、フォトダイオード３に逆バイアス電圧を与える逆バイアス回路４ａ、およびフォトダイオード３から出力された電気信号を対数変換するログアンプ５を備えている。

また、この光増幅装置は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を光増幅する光増幅手段としてのＥＤＦＡ６、ＥＤＦＡ６で光増幅された光信号を分岐する光分岐器７、光分岐器７から送信されてきた光信号を出力する出力ポート８、光分岐器７で一部が分岐された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード９、フォトダイオード９に逆バイアス電圧を与える逆バイアス回路１０、フォトダイオード９から出力された電気信号を対数変換するログアンプ１１、ログアンプ５から出力された電気信号とログアンプ１１から出力された電気信号とによりＥＤＦＡ６の利得を制御する制御手段としての制御回路１３、およびログアンプ５から出力された電気信号を演算して逆バイアス回路４ａへ送信し逆バイアス電圧を制御するアナログ制御回路１４を備えている。

アナログ制御回路１４は、入力光レベルを検出するためのフォトダイオード３の逆バイアス電圧を入力光レベルに従って変化させるものであり、入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、検出精度の向上が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を入力光レベルに応じて低くし、入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を入力光レベルに応じて高くする制御を行うものである。

次に、この光増幅装置の動作について説明する。図５において、入力ポート１は、この光増幅装置の外部から光信号を入力する。光分岐器２は、入力ポート１から送信されてきた入力光信号を、ＥＤＦＡ６と、光入力モニタ側のフォトダイオード３とに、所定の分岐比で分岐する。逆バイアス回路４ａは、アナログ制御回路１４からの逆バイアス制御信号に基づいて設定された逆バイアス電圧をフォトダイオード３に印加する。フォトダイオード３は、印加された逆バイアス電圧に従って光分岐器２から送信されてきた一部の入力光信号を電気信号に変換する。ログアンプ５は、フォトダイオード３から送信されてきた電気信号を対数変換し、対数変換信号を制御回路１３およびアナログ制御回路１４に送信する。制御回路１３は、ログアンプ５からの対数変換信号に従ってＥＤＦＡ６の利得を制御する。ＥＤＦＡ６は、光分岐器２から送信されてきた入力光信号を、ＤＳＰ１２ａによって制御された利得の電気信号に従って直接光増幅する。アナログ制御回路１４は、ログアンプ５からの対数変換信号を演算して逆バイアス回路４ａへ送信し、フォトダイオード３の逆バイアス電圧を制御する。

光分岐器７は、ＥＤＦＡ６で光増幅された光信号を、出力ポート８と、光出力モニタ側のフォトダイオード９とに、所定の分岐比で分岐する。分岐された光信号の殆どは出力ポート８から送信され、一部の光信号はフォトダイオード９に送信される。逆バイアス回路１０は、所定の逆バイアス電圧をフォトダイオード９に印加する。フォトダイオード９は、印加された逆バイアス電圧に従って光分岐器７から送信されてきた一部の入力光信号を電気信号に変換する。ログアンプ１１は、フォトダイオード９から送信されてきた電気信号を対数変換し、対数変換信号を制御回路１３に送信する。制御回路１３は、ログアンプ１１からの対数変換信号をも参照してＥＤＦＡ６の利得を制御する。即ち、制御回路１３は、ログアンプ５からの対数変換信号とログアンプ１１からの対数変換信号とに従ってＥＤＦＡ６の利得を制御する。

次に、図５に示す光増幅装置の動作について図２〜図４を参照して説明する。入力ポート１から入力された入力光信号は、光分岐器２により、ＥＤＦＡ６の方向とフォトダイオード３の方向とに所定の分岐比で分岐される。逆バイアス回路４ａは、アナログ制御回路１４からの逆バイアス制御信号に基づいて設定された逆バイアス電圧をフォトダイオード３に印加する。例えば、逆バイアス電圧がＶｒｂに設定されている状態で、入力光レベルがＸ１未満（図３参照）であることを、アナログ制御回路１４が検出すると、アナログ制御回路１４は、逆バイアス回路４ａを制御してフォトダイオード３の逆バイアス電圧を例えばＶｒａに設定する（図２参照）。

これにより、入力ポート１への入力光信号の入力光レベルが低い場合には、即ち、入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、光信号検出精度の向上が必要な場合には（入力モニタ精度が重要な範囲（図３参照）では）、逆バイアス電圧を低くするので、暗電流が低下し（図２参照）、また、低入力モニタ時に最低限必要な応答周波数も低くて済むので（図４参照）、応答速度の低下を抑制しつつ入力光モニタ精度を向上させることができ、したがって、入力光断検出を確実に行うことができる。

次に、例えば、逆バイアス電圧がＶｒａに設定されている状態で、入力光レベルがＸ１以上（図３参照）であることを、アナログ制御回路１４が検出すると、アナログ制御回路１４は、逆バイアス回路４ａを制御してフォトダイオード３の逆バイアス電圧を例えばＶｒｂに設定する（図２参照）。

これにより、入力ポート１への入力光信号の入力光レベルが高い場合には、即ち、入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には（高速な応答が重要な範囲（図３参照）では）、逆バイアス電圧を高くするので、フォトダイオード３の端子間容量が低下し、また、高速な応答として最低限必要な応答周波数も高くなるので（図４参照）、入力光モニタ精度の低下を抑制しつつ応答速度を向上させることができ、これにより、入力光断検出を確実に行うことができる。

本発明は、光ファイバ通信において光信号を増幅する光増幅装置に適用できる。

３フォトダイオード（光電変換素子）
６ＥＤＦＡ（光増幅手段）
１２ａＤＳＰ（制御手段）
１３制御回路（制御手段）
１４アナグロ制御回路（制御手段）

Claims

入力された光を増幅して所望レベルの光を出力する光増幅手段を有する光増幅装置であって、
入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し、前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御する制御手段を備えたことを特徴とする光増幅装置。
前記制御手段は、前記入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、検出精度の向上が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を前記入力光レベルに応じて低くし、前記入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を前記入力光レベルに応じて高くすることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
前記光増幅手段としては、希土類添加光ファイバ増幅器を用いることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
前記希土類添加光ファイバ増幅器としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いることを特徴とする請求項３に記載の光増幅装置。
入力された光を増幅して所望レベルの光を出力する光増幅手段を有する光増幅装置の制御方法であって、
入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し、前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御することを特徴とする光増幅装置の制御方法。
前記入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、検出精度の向上が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を前記入力光レベルに応じて低くし、前記入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を前記入力光レベルに応じて高くする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の光増幅装置の制御方法。
入力された光を増幅して所望レベルの光を出力する光増幅手段を有する光増幅装置を制御するための制御プログラムであって、
入力光レベルを検出するための光電変換素子の逆バイアス電圧を前記入力光レベルに従って変化させ、前記入力光レベルが低いときの入力光モニタ精度の向上と前記入力光レベルが高いときの高速な応答を両立させるように前記逆バイアス電圧を制御し、前記光電変換素子からの電気信号に基づいて前記光増幅手段の利得を制御するためにコンピュータに実行させるための制御プログラム。
前記入力光レベルが所定レベル未満であり、高速な応答対策が不要で、検出精度の向上が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を前記入力光レベルに応じて低くし、前記入力光レベルが所定レベル以上であり、高速な応答対策が必要な場合には、前記逆バイアス電圧を前記入力光レベルに応じて高くする制御をコンピュータに実行させるための請求項７に記載の制御プログラム。