光増幅器および光受信モジュール
【課題】受信光のパワーレベルの急変を補償可能であり、かつ、機能部品の光損失等にばらつきがあっても雑音光の発生状態が実質的に変化しない低コストの光増幅器および光受信モジュールを提供する。
【解決手段】受信器２５の前段に配置される単一波長用の光増幅器について、前段および後段光増幅部の間の光路上に機能部品２２および可変光減衰器２３Ａを配置し、高速ＡＬＣ動作する後段光増幅部の利得が一定となるように、可変光減衰器２３Ａの光減衰量を相対的に遅い速度でフィードバック制御して、機能部品２２の光損失の個体ばらつきを補償する。
【解決手段】受信器２５の前段に配置される単一波長用の光増幅器について、前段および後段光増幅部の間の光路上に機能部品２２および可変光減衰器２３Ａを配置し、高速ＡＬＣ動作する後段光増幅部の利得が一定となるように、可変光減衰器２３Ａの光減衰量を相対的に遅い速度でフィードバック制御して、機能部品２２の光損失の個体ばらつきを補償する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において受信器に入力される単一波長の光信号を増幅するための光増幅器および光受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上の高速になると、伝送信号の光パルス幅は数ピコ秒と狭くなるために、光ファイバの僅かな波長分散（Chromatic Dispersion）や偏波モード分散（Polarization-Mode Dispersion）による波形歪みが伝送特性を著しく劣化させる。また、伝送ファイバの分散値は、温度や環境の変化に伴い時間的に変動し、その僅かな変化が伝送特性に影響することが知られている（例えば、下記の非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、波長分散補償または偏波モード分散補償技術を用いた波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送システムの光受信ユニットを示す図である。図１１において、光受信ユニット１００は、光プリアンプ１０１で一括増幅されたＷＤＭ光を分波器１０２で波長毎に分波し、該分波器１０２から出力される各波長の光信号ＣＨ１，ＣＨ２，…，ＣＨｎを各受信モジュール１０３＿１，１０３＿２，…，１０３＿ｎに与えて受信処理する。各受信モジュール１０３＿１，１０３＿２，…，１０３＿ｎ内の光路上には、可変分散補償器（Tunable Dispersion Compensator：ＴＤＣ）や偏波モード分散補償器（Polarization-Mode Dispersion Compensator：ＰＭＤＣ）などの機能部品１１１をそれぞれ設け、該各機能部品１１１で受信光に対して好ましい分散補償を実施する。
【０００４】
上記のようなＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品１１１を適用した場合、該機能部品１１１の光損失により受信光のパワーレベルが小さくなると、受信器１１２および識別再生器１１３におけるビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）は増加する。このＢＥＲの増加を抑えるため、各波長に対応した受信モジュール１０３＿１〜１０３＿ｎには、上記機能部品１１１と共に、受信器１１２の前段に光増幅器１１４を適用して、機能部品１１１の光損失を補償する機能が必要になる。しかしながら、上記光増幅器１１４の適用により、該光増幅器１１４が光信号を増幅する際に発生する自然放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）等の雑音光が要因となって受信光の波形を劣化させる可能性があり問題になる。
【０００５】
ここで、多波長を一括増幅するＷＤＭ用光増幅器と、一波を増幅する単一波長用光増幅器との相違について説明する。ＷＤＭ伝送システムにおいては、上記のような各波長に対応した受信器の前段に配置される単一波長用の光増幅器以外にも、ＷＤＭ光が伝搬する光路上に多波長を一括増幅するＷＤＭ用の光増幅器（例えば、図１１中の光プリアンプ１０１等）が多数適用されている。図１２に示すように、該ＷＤＭ用の光増幅器で発生するＡＳＥ等の雑音光（図１２の上段を参照）は、光受信ユニット１００の分波器１０２を通るため、各々の光信号の帯域内に存在する雑音成分のみが分波器１０２を透過して各信号波長に対応した受信器１１２に送られ、帯域外に存在する雑音成分は分波器１０２で遮断される（図１２の中段を参照）。このため、ＷＤＭ用の光増幅器で発生する雑音光が各波長の光信号の受信特性に与える影響は比較的小さく、多くの場合無視することができる。
【０００６】
これに対して、上記単一波長用の光増幅器１１４は、上記分波器１０２で分波された各波長の光信号が伝搬する光路上に設けられるため、該光増幅器１１４で広い波長帯域にわたって発生する雑音光がそのまま受信器１１２に入力されてしまう（図１２の下段を参照）。このため、雑音光のトータルパワーに対する単一波長の光信号のパワーの割合が小さくなり、ＢＥＲを増加させる原因になる。
【０００７】
上記のような単一波長用の光増幅器で発生する雑音光による受信特性の劣化を低減させるための従来技術としては、例えば図１３に示すように光増幅器１１４と受信器１１２の間の光路上に光フィルタ１１５を設け、受信する光信号の帯域以外の光を該光フィルタ１１５により除去する構成が知られている。（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
【０００８】
また、上記のようなＷＤＭ伝送システムに適用される光受信装置の更なる問題点として、受信光のパワーレベルが急激に変化することにより発生する伝送エラーがある。すなわち、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上になると、伝送信号の光パルス幅は数ピコ秒（ｐｓ）と狭くなる。このような高速の光信号に対応した受信器は、そもそも伝送マージン（余裕）が少ない上に、受信光のパワーレベルの急変により、受信レベルの識別点の追従が不十分になる、または、受信パワーが許容範囲を超えてしまうなどの要因が重なることによって、伝送エラーの発生する可能性が増大する。
【０００９】
上記受信光のパワーレベルの急変は、システムの運用中に、当該波長の光信号の伝送光路上において、人為的ミスによるコネクタ抜き差しが行われる、または、光ファイバが外的刺激（例えば、光ファイバに触れることによる応力や配線環境の変化）を受けるなどの原因により、容易に発生することが想定される。また、受信光のパワーが変化するだけでなく、ＷＤＭ光の波長数が急激に変化した場合にも、残留光信号のパワーレベルが変化する現象が発生し、伝送エラーを生じさせる要因となることも知られている（例えば、下記の特許文献３参照）。波長数の急激な変化についても、光伝送パスのダイナミックな再構築や、人為的ミスによるコネクタ抜け、光ファイバの切断などの原因により、容易に発生することが想定される。
【００１０】
上記のような受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生を抑えるためには、例えば、光受信装置内の光増幅器に対して高速な出力一定制御（Automatic Level Control：ＡＬＣ）を適用することが有効である。ＡＬＣは、通常、光増幅器の出力光パワーを光検出器等でモニタし、そのモニタ値が目標出力光パワーになるように、光増幅器の駆動状態（例えば、励起光源の出力パワー）をフィードバック制御することにより行われる（例えば、下記の特許文献４参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−３２１８０５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９７９９号公報
【特許文献３】特開２００６−２９５１１３号公報
【特許文献４】特開平８−２４８４５５号公報
【非特許文献１】中沢正隆、廣岡俊彦，「超短光パルスを用いた高速光伝送技術の現状と将来展望」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Vol.J89-B，No.11，pp.2067-2081
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前述したようなＷＤＭ光の各波長に対応した受信器の前段に配置される単一波長用の光増幅器は、ＷＤＭ光の波長数に対応させて多数用意する必要がある。個々の光増幅器の構成や制御方式は、コストの上昇等を抑えるために、入力される光信号の波長に応じて異なるものにするのではなく、ＷＤＭ光の広い波長帯域に対し共通の設計とすることが望まれる。このような要望に応えるにあたり、前述したＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失には部品個別のばらつきがあり、かつ、４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速な光信号に対応した受信器の性能にも現状ばらつきは避けられないので、これらのばらつきを補償可能にするような光増幅器の設計共通化が重要になる。しかしながら、前述したような従来技術を組み合わせただけでは次に述べるような課題が生じるため、上記要望に充分に応えることは難しい。
【００１３】
単一波長用の光増幅器で発生する雑音光による受信特性の劣化を低減させるために、受信光の帯域外の光を除去する光フィルタを光増幅器と受信器の間の光路上に挿入した場合、雑音光のトータルパワーに対する単一波長の光信号のパワーの割合が大きくなるので受信特性の改善効果は大きい。しかし、該光フィルタの挿入損失とそのばらつきが加わることになり、単一波長用の光増幅器の設計が更に複雑化してしまう。また、単一波長用の光増幅器と同様に、上記光フィルタもＷＤＭ光の波長数に対応させて多数用意する必要があり、汎用性をもたせた可変光フィルタは高価であるので、システム全体に与えるコスト上昇の影響は大きく、受信特性の改善効果がたとえ大きくでも、現実的な対応策として上記光フィルタを適用することは難しいという課題がある。
【００１４】
また、受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生を抑えるために、単一波長用の光増幅器に対して高速な出力一定制御（ＡＬＣ）を適用した場合、該ＡＬＣは、受信光パワーの動的な変化を補償するだけでなく、受信モジュール内外の静的な要因による受信パワーの相違も補償することになり、該補償により光増幅器の利得に大きな変化が生じる。上記受信モジュール外の静的な要因には、分波器の前段でＷＤＭ光を一括増幅する光プリアンプの出力レベルの変動や、分波器の挿入損失のばらつきなどがある。また、受信モジュール内の静的な要因には、ＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失のばらつきや、受信器の性能のばらつきによる各々の受信器への光入力レベルの目標値（単一波長用の光増幅器におけるＡＬＣの目標制御レベルに対応）のばらつきなどがある。
【００１５】
光増幅器の利得が変化すると、雑音光の発生量およびその波長特性も大きく変化することが知られている。これは、ＷＤＭ光の波長数に対応して複数設けられる単一波長用の光増幅器の間で利得に相違が生じている場合に、各々の光増幅器における雑音光の発生状態が異なることも意味する。例えば、図１４はエルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）の利得スペクトルをエルビウムイオンの反転分布率に応じて示しているが、このようなＥＤＦＡにおいて利得が大きい（反転分布率が高い）状態では、短波長側での雑音光の発生量が相対的に多くなり、逆に利得が小さい（反転分布率が低い）状態では、長波長側での雑音光の発生量が相対的に多くなることが分かる。
【００１６】
ＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失が大きい場合、または、受信器への光入力レベルの目標値が高い場合には、単一波長用の光増幅器に要求される利得は大きくなり、上記ＥＤＦＡの例では短波長側の雑音光の発生量が相対的に多い状態となる。このような状態の光増幅器において短波長側の光信号の増幅が行われると、該光増幅器の出力光（受信器の入力光）における雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合が小さくなる。一方、機能部品の光損失が小さい場合、または、受信器への光入力レベルの目標値が低い場合には、単一波長用の光増幅器に要求される利得は小さくなり、上記ＥＤＦＡの例では長波長側の雑音光の発生量が相対的に多い状態となる。このような状態の光増幅器において長波長側の光信号の増幅が行われると、該光増幅器の出力光における雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合が小さくなる。
【００１７】
つまり、受信光のパワーレベルの急変は光増幅器に高速なＡＬＣを適用することにより補償できるようになる。しかし、ＡＬＣの適用による利得の変化がＷＤＭ光の各波長の光信号に対応した受信特性に与える影響については、ＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失および受信器の性能の個体ばらつきに起因した各波長間での雑音光の発生状態の違いまでを総合的に考慮する必要があり、現状、単一波長用の光増幅器の設計共通化を困難にしているという課題がある。
【００１８】
本発明は上記の課題に着目してなされたもので、受信光のパワーレベルの急変を補償可能であり、かつ、機能部品の光損失等にばらつきがあっても雑音光の発生状態が実質的に変化しない低コストの光増幅器および光受信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明は単一波長の光信号を増幅するための光増幅器を提供する。該光増幅器の一態様は、縦続接続された前段光増幅手段および後段光増幅手段と、前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号の劣化の補償を行う機能部品と、前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号を減衰させる可変光減衰手段と、前記後段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する後段出力一定制御手段と、前記後段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーより得られる利得に基づき、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する後段利得一定制御手段と、を備える。
【００２０】
また、本発明による光受信モジュールの一態様は、前記光増幅器と、該光増幅器から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成する受信器と、前記受信器からの出力信号を用いて受信データを識別再生する識別再生回路と、を備える。
【発明の効果】
【００２１】
上記のような光増幅器および光受信モジュールによれば、前段および後段光増幅手段の間の光路上に機能部品および可変光減衰手段を配置し、出力一定制御された後段光増幅手段における利得に基づいて可変光減衰手段の光減衰量が制御されるようにしたことで、機能部品の光損失の個体ばらつきが補償され、前段および後段光増幅手段での雑音光の発生状態が実質的に変化しなくなり、受信特性の劣化を低減することができる。また、後段光増幅部手段には出力一定制御が適用されるので、受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生も回避することが可能である。これにより、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール内の受信器の前段に配置される単一波長用の光増幅器の設計共通化が容易になり、４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速な光信号を確実に受信できる光受信モジュールを低コストで実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による光受信モジュールを用いたＷＤＭ伝送システムの光受信装置の要部構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１において、光受信ユニット１は、例えば、光プリアンプ１１、分波器１２および第１実施形態の光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎを備える。光プリアンプ１１は、光受信ユニット１を含むＷＤＭ伝送システムの光伝送路に接続されており、該光伝送路を伝送されてきたＷＤＭ光が入力される。該ＷＤＭ光は、波長の異なる複数の光信号（チャネル）ＣＨ１，ＣＨ２，…，ＣＨｎを含んでおり、各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎが光プリアンプ１１によって所要のレベルまで一括増幅される。上記光プリアンプ１１の構成は、公知のＷＤＭ用光増幅器の構成と同様である。なお、ここでは光受信ユニット１に入力されるＷＤＭ光の波長数（チャネル数）をｎとしている。
【００２４】
分波器１２は、光プリアンプ１１で一括増幅されたＷＤＭ光が入力ポートに与えられ、該ＷＤＭ光を波長毎に分波する。該分波された各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎは、分波器１２の対応する出力ポートからそれぞれ出力される。上記分波器１２の各出力ポートには、光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎがそれぞれ接続される。
【００２５】
各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎは、例えば、縦続接続された前段光増幅部２１および後段光増幅部２４と、該２段構成の光増幅部２１，２４の段間に順に配置された、機能部品２２および可変光減衰部２３と、後段光増幅部２４の出力端に接続する受信器２５と、該受信器の出力端に接続する識別再生器２６とを有する。なお、図１には、チャネルＣＨ１に対応した光受信モジュール１３＿１の構成だけが示してあるが、その他のチャネルＣＨ２〜ＣＨｎに対応した光受信モジュール１３＿２〜１３＿ｎの構成も、光受信モジュール１３＿１の構成と同じである。以下では、光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎを代表してチャネルＣＨ１に対応した構成および動作について詳しく説明することにし、その他のチャネルＣＨ２〜ＣＨｎに対応した構成および動作については説明を省略する。
【００２６】
図２は、上記光受信モジュール１３＿１の詳細な構成を示すブロック図である。
図２の構成例において、前段光増幅部２１は、増幅媒体２１Ａ、励起光源（ＬＤ）２１Ｂ、分岐器２１Ｃ、光検出器（ＰＤ）２１ＤおよびＡＬＣ回路２１Ｅからなる。また、これと同様に後段光増幅部２４も、増幅媒体２４Ａ，励起光源（ＬＤ）２４Ｂ，分岐器２４Ｃ，光検出器（ＰＤ）２４ＤおよびＡＬＣ回路２４Ｅからなる。
【００２７】
増幅媒体２１Ａ，２４Ａは、例えば、光ファイバのコアにエルビウム等の希土類を添加した希土類添加ファイバが用いられる。励起光源２１Ｂ，２４Ｂは、増幅媒体２１Ａ，２４Ａを励起状態にするための励起光を発生する。なお、ここでは希土類添加ファイバを増幅媒体として用いた希土類添加ファイバ増幅器を前段および後段光増幅部２１，２４に適用した一例を示すが、本発明はこれに限らず、例えば、高非線形ファイバを増幅媒体とする集中ラマン増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅器を、各段の光増幅部にそれぞれ適用することも可能である。
【００２８】
分岐器２１Ｃ，２４Ｃは、増幅媒体２１Ａ，２４Ａを伝搬して増幅された光信号の一部を分岐して光検出器２１Ｄ，２４Ｄに与える。光検出器２１Ｄ，２４Ｄは、分岐器２１Ｃ，２４Ｃからの分岐光のパワーを検出し、該検出結果を示す電気信号をＡＬＣ回路２１Ｅ，２４Ｅに出力する。なお、光検出器２４Ｄの検出結果は、後述する利得演算回路２３Ｅにも伝えられる。
【００２９】
ＡＬＣ回路２１Ｅ，２４Ｅは、光検出器２１Ｄ，２４Ｄでの検出結果に応じて、増幅媒体２１Ａ，２４Ａから出力される光信号のパワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、励起光源２１Ｂ，２４Ｂの駆動状態をフィードバック制御する。ＡＬＣ回路２１Ｅ，２４Ｅによる励起光源２１Ｂ，２４Ｂのフィードバック制御は、その制御速度が上述したような受信光のパワーレベルの急変を補償可能な高速なものとなるように、各々のフィードバックループの時定数が設計されている。
【００３０】
機能部品２２は、波長分散補償器または偏波モード分散補償器などを含んでおり、前段光増幅部２１で増幅された光信号が与えられ、該光信号についての波長分散補償または偏波モード分散補償などを行う。この機能部品２２には固有の光損失があり、該光損失は、各チャネルに対応させて設けられる機能部品２２の間でばらつきが生じる。以下の説明では、各チャネル間における機能部品２２の光損失の個体ばらつきをΔＬＯＳＳで表す場合がある。
【００３１】
可変光減衰部２３は、可変光減衰器（ＶＯＡ）２３Ａ、分岐器２３Ｂ、光検出器（ＰＤ）２３Ｃ、前述の後段光増幅部２４と共用する分岐器２４Ｃおよび光検出器２４Ｄ、並びに、制御部２３Ｄを有する。また、制御部２３Ｄは、利得演算回路２３Ｅおよび減衰量制御部２３Ｆからなる。
【００３２】
可変光減衰器２３Ａは、機能部品２２から出力される光信号に可変の光減衰量を与える。分岐器２３Ｂは、可変光減衰器２３Ａで減衰され後段光増幅部２４に送られる光信号の一部を分岐して光検出器２３Ｃに与える。光検出器２３Ｃは、分岐器２３Ｂからの分岐光のパワーを検出し、該検出結果を示す電気信号を制御部２３Ｄの利得演算回路２３Ｅに出力する。
【００３３】
利得演算回路２３Ｅは、各光検出器２３Ｃ，２４Ｄでの検出結果に応じて、後段光増幅部２４に対して入出力される光信号のパワーを判断し、該入出力パワーを用いて後段光増幅部２４の利得を演算して、該演算結果を減衰量制御部２３Ｆに伝える。減衰量制御部２３Ｆは、利得演算回路２３Ｅで演算される後段光増幅部２４の利得が一定になるように、可変光減衰器２３Ａにおける光減衰量をフィードバック制御する。なお、減衰量制御部２３Ｆによる可変光減衰器２３Ａのフィードバック制御は、その制御速度がＡＬＣ回路２４Ｅによる励起光源２４Ｂのフィードバック制御の速度よりも遅くなるように、フィードバックループの時定数が設計されている。また、制御部２３Ｄは、外部よりチャネル情報２７を受信する。
【００３４】
受信器２５は、後段光増幅部２４から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成して識別再生器２６に出力する。この受信器２５には固有の光入力レベルの目標値（後段光増幅部２４におけるＡＬＣの目標制御レベルに対応）があり、該光入力レベルの目標値は、各チャネルに対応させて設けられる受信器２５の間でばらつきが生じる。以下の説明では、各チャネル間における受信器２５の光入力レベル目標値の個体ばらつきをΔＰｉｎで表す場合がある。識別再生器２６は、受信器２５の出力信号を用いて受信データを識別再生するための周知の処理を実行する。
【００３５】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記図１に示したような構成の光受信ユニット１では、伝送路を伝搬したＷＤＭ光が光プリアンプ１１で一括増幅された後、分波器で各チャネルＣＨI〜ＣＨｎに分波されて各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎにそれぞれ送られる。各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎでは、分波器１２からの光信号が前段増幅部２１の増幅媒体２１Ａに与えられる。増幅媒体２１Ａには、励起光源２１Ｂからの励起光が供給されており、励起された希土類イオンの誘導放出現象により増幅媒体２１Ａを伝搬する光信号が増幅されて機能部品１２に出力される。このとき、増幅媒体２１Ａからの出力光の一部が分岐器２１Ｃで分岐されて光検出器２１Ｄに与えられ、該分岐光のパワーが光検出器２１Ｄで検出されて、その検出結果がＡＬＣ回路２１Ｅに伝えられる。
【００３６】
ＡＬＣ回路２１Ｅでは、光検出器２１Ｄの検出結果に応じて、増幅媒体２１Ａから出力され分岐器２１Ｃを介して機能部品２２に送られる光信号のパワーが判断され、前段増幅部２１への光入力パワーが変動しても前段増幅部２１からの光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定になるように、励起光源２１Ｂの駆動状態がフィードバック制御される。このようにＡＬＣ動作する前段増幅部２１では、その光入力レベルが低下して利得が大きくなるほど、発生する雑音光のトータルパワーが増加し、該雑音光を含んだ光信号が機能部品２２に送られることになる。
【００３７】
なお、前段光増幅部２１の光出力パワーの制御目標レベルは、前段光増幅部２１への光入力パワーの下限値に対して、後述する後段光増幅部２４への光入力パワーの下限値が十分に大きくなる（例えば、１０ｄＢ以上）ように設定しておくのが好ましい。その理由は、２段構成の光増幅器において、後段の光入力パワーを前段の光入力パワーよりも十分に大きくしておくことにより、後段での雑音光の発生量が前段での雑音光の発生量に対して無視できる程度に少なくなるため、後段における実質的な雑音光の発生量としては、前段で発生した雑音光の増幅分のみを考えればよく、光受信モジュールの設計が容易になるためである。
【００３８】
機能部品２２では、前段増幅部２１からの出力光に対する波長分散補償または偏波モード分散補償が行われる。このとき、機能部品２２の光損失により光信号のパワーが低下し、該光損失には個体ばらつきΔＬＯＳＳがあるので、機能部品２２からの出力光のパワーレベルはΔＬＯＳＳの範囲でばらつくことになる。
【００３９】
図３は、光受信モジュール内における光信号のレベルダイヤを例示した図である。図３の上段は、前段および後段光増幅部２１，２４の段間に機能部品２２のみを設け、可変光減衰部２３を設けていない構成を想定した場合のレベルダイヤを示し、図３の下段は、段間に機能部品２２および可変光減衰部２３を設けた本実施形態の構成の場合のレベルダイヤを示している。図３の上段のように、段間に機能部品２２のみが設けられている場合、機能部品２２の光損失の個体ばらつきΔＬＯＳＳに対応したレベル範囲を持つ光信号が、機能部品２２から出力され後段光増幅部２４に入力されることになる。この場合、後段光増幅部２４はＡＬＣ動作するので、後段光増幅部２４への光入力パワーに関係なく光出力パワーが目標レベルで一定にされる。これにより、後段光増幅部２４における利得（レベルダイヤの傾きに対応）が変化し、後段光増幅部２４で発生する雑音光の波長特性が変化する。なお、ＡＬＣ動作する前段光増幅部２１においても光入力パワーに応じて利得が変化する。前段光増幅部２１での雑音光の発生量は光入力パワーが小さくなるほど増加するので、図３では前段光増幅部２１への光入力パワーが最小（下限値）になる最悪条件のレベルダイヤを実線で示している。
【００４０】
上記のような機能部品２２の光損失の個体ばらつき起因した後段光増幅部２４における雑音光の発生状態の変化は、受信光の波長との関係において、受信回路２５および識別再生器２６での受信特性の劣化要因となる。このため、本実施形態では、機能部品２２および後段光増幅部２４の間の光路上に可変光減衰器２３Ａを設け、その光減衰量を制御することにより、機能部品２２の光損失の個体ばらつきを補償して、後段光増幅部２４における雑音光の発生状態に実質的な変化が生じないようにしている。具体的には、後段光増幅部２４のＡＬＣ回路２４Ｅによる励起光源２４Ｂのフィードバック制御の速度よりも遅い制御速度で、後段光増幅部２４における利得が一定となるように可変光減衰器２３Ａの光減衰量がフィードバック制御されるようにする。この可変光減衰器２３Ａのフィードバック制御は、利得演算回路２３Ｅでの演算結果に従い減衰量制御部２３Ｆにより実現される。
【００４１】
上記可変光減衰器２３Ａのフィードバック制御により後段光増幅部２４の利得が固定されることにより、前段光増幅部２１への光入力パワーが最小になる最悪条件下での光信号のパワーレベルは図３下段の実線に示すような変化となり、前段光増幅部２１で雑音光が多量に発生し、その雑音光が後段光増幅部２４で増幅されても、該雑音光の波長特性は固定される。その結果、雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合が最も小さくなる最悪受信波長が固定されるようになり、機能部品２２の光損失の個体ばらつきに起因した受信特性の劣化を低減することが可能になる。
【００４２】
例えば、機能部品２２の光損失の個体ばらつきが５ｄＢの場合に、該ばらつきが可変光減衰部２３により補償されて後段光増幅部２４の利得変動が５ｄＢ改善されたとすると、１５３０〜１５６３ｎｍの波長帯域において後段光増幅部２４の利得が１ｄＢ変動したときの雑音光のトータルパワーの増加量は０．４ｄＢ程度であるため、受信器２５の入力における雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合は２ｄＢ程度の改善が期待できる。
【００４３】
なお、可変光減衰部２３の減衰量制御部２３Ｆにおける制御目標値（後段光増幅部２４の利得の目標値）は、上記最悪条件下において、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎの全てで所要のＢＥＲが実現可能になる利得が設定される。このＡＧＣの制御目標値は、受信波長に関係なく一律に設定しても、受信波長に応じて個別に設定してもよい。具体例として、ＷＤＭ光の波長帯域をＣ−バンドとして短波長側から順にチャネルＣＨ１〜ＣＨ４０を配置し、前段および後段光増幅部の各増幅媒体２１Ｂ，２４Ｂがエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を適用した場合を考えると、後段光増幅部２４の利得に対して、ＢＥＲに影響を及ぼす雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合（光ＳＮ比）は図４に例示するような関係となる。この場合にＡＧＣの制御目標値を受信波長に関係なく一律に設定しようとすれば、図４の上段に示すように、全てのチャネルＣＨ１〜ＣＨ４０についての光ＳＮ比が最も大きくなる利得Ｇを、ＡＧＣの制御目標値に設定するのがよい。この利得Ｇでの光ＳＮ比の最小値ＳＮは、ＡＧＣを適用しないときの光ＳＮ比の最悪値ＳＮ’よりも、図中の矢印線相当分の改善が図られることになる（前述した数値例における２ｄＢ程度の改善に相当）。
【００４４】
また、ＡＧＣの制御目標値を受信波長に応じて個別に設定しようとすれば、制御部２３Ｄに供給されるチャネル情報２７を用いることにより、図４の下段に示すように、短波長側のチャネルＣＨ１に対して、相対的に大きな利得ＧＣＨ１をＡＧＣの制御目標値に設定し、長波長側のチャネルＣＨ４０に対しては、相対的に小さな利得ＧＣＨ４０（図４上段の利得Ｇと同等）をＡＧＣの制御目標値として設定するのが好ましい。これにより、ＡＧＣの制御目標値を一律に設定した場合と比べると、チャネルＣＨ１について、利得ＧＳのときに得られる光ＳＮ比ＳＮＣＨ１は、利得ＧＬのときに得られる光ＳＮ比ＳＮＣＨ１’よりも、図中の矢印線相当分の改善が図られることになる。
【００４５】
上記のように本実施形態の光受信モジュールによれば、機能部品２２および後段光増幅部２４の間の光路上に可変光減衰器２３Ａを設け、ＡＬＣ動作する後段光増幅部２４における利得が一定となるように可変光減衰器２３Ａの光減衰量をフィードバック制御して、機能部品２２の光損失の個体ばらつきを補償するようにしたことで、前段および後段光増幅部２１，２４で発生する雑音光による受信特性の劣化を低減することができる。また、前段および後段光増幅部２１，２４には高速なＡＬＣが適用されているので、受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生も回避することが可能である。これにより、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎ内の受信器２５前段に配置される単一波長用の光増幅器の設計共通化が容易になり、４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速な光信号を確実に受信できる光受信モジュールを低コストで実現することが可能になる。
【００４６】
なお、上記第１実施形態では、前段および後段光増幅部２１，２４の双方にＡＬＣが適用される一例を示したが、前段光増幅部２１についてはＡＧＣを適用することも可能である。この場合の光受信モジュール１３＿１の構成例を図５に示す。この構成例では、前段光増幅部２１への光入力パワーをモニタするための分岐器２１Ｆおよび光検出器２１Ｇが追加されており、各光検出器２１Ｄ，２１Ｄの検出結果がＡＧＣ回路２１Ｈに伝えられる。ＡＧＣ回路２１Ｈでは、各光検出器２１Ｄ，２１Ｄの検出結果を基に利得が演算され、該利得が所要の目標値で一定となるように、励起光源２１Ｂのフィードバック制御が行われる。
【００４７】
図６は、前段光増幅部２１にＡＧＣを適用した場合のレベルダイヤの一例である。このように、前段光増幅部２１への入力ダイナミックレンジおよび機能部品２２の光損失の個体ばらつきの双方が可変光減衰部２３によって補償されることによって、第１実施形態の場合と同様にして、後段光増幅部２４での雑音光の発生状態が実質的に変化しなくなり、受信特性の改善が図られる。
【００４８】
次に、本発明による光受信モジュールの第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態の光受信モジュールの構成を示すブロック図である。
図７において、本実施形態における光受信モジュール１３＿１の構成が前述の図２に示した第１実施形態の場合と異なる点は、受信器２５が光入力レベルの目標値に関する情報を外部に通知する機能を具備しており、該受信器２５の光入力レベルの目標値情報が、後段光増幅部２４のＡＬＣ回路２４Ｅに与えられるようにしている点である。
【００４９】
上述したように各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎにそれぞれ設けられる各受信器２５の性能には個体ばらつきがあり、各受信器２５への光入力レベルの目標値は各々の性能に応じて異なってくる。このため、後段光増幅部２４におけるＡＬＣの制御目標レベルは、後段光増幅部２４の出力に実際に接続される受信器２５の光入力レベルの目標値に対応させて設定しておくことが望ましい。そこで、本実施形態では、受信器２５が自身への光入力レベルの目標値に関する情報を後段光増幅部２４のＡＬＣ回路２４Ｅに通知し、該ＡＬＣ回路２４Ｅでは、受信器２５からの通知情報に対応させてＡＬＣの制御目標レベルが自動的に設定される。これにより、第１実施形態の場合と同様にして、後段光増幅部２４では、増幅後の光出力パワーが上記制御目標レベルで一定になるように励起光源２４Ｂのフィードバック制御が行われ、また、該後段光増幅部２４での利得が一定になるように、機能部品２２の光損失のばらつきの補償が可変光減衰部２３により行われる。
【００５０】
図８は、上記光受信モジュール内における光信号のレベルダイヤを上述した図３の場合と同様にして例示したものである。図８のレベルダイヤでは、後段光増幅部２４の光出力パワーが、受信器２４の光入力レベル目標値のばらつきΔＰｉｎに対応したレベル範囲を持っている。図８の上段に示すように、各光増幅部２１，２４の段間に機能部品２２のみを設けた構成を想定した場合には、機能部品２２の光損失のばらつきΔＬＯＳＳと、受信器２５の光入力レベルの目標値のばらつきΔＰｉｎとの組み合わせに応じて、後段光増幅部２４の利得（レベルダイヤの傾き）が変化し、該後段光増幅部２４で発生する雑音光の波長特性に変化が生じる。一方、図８の下段に示すように、各光増幅部２１，２４の段間に機能部品２２および可変光減衰部２３を設けた構成の場合には、機能部品２２の光損失のばらつきΔＬＯＳＳが可変光減衰部２３により補償されて、各光増幅部２１，２４の段間における損失が後段光増幅部２４の光出力パワーの設定に応じて変化することになるので、後段光増幅部２４の利得一定が実現される。
【００５１】
上記のように第２実施形態の光受信モジュールによれば、第１実施形態の場合と同様の効果に加えて、受信器２５の光入力レベルの目標値のばらつきが比較的大きな場合でも、後段光増幅部２４に実際に接続される受信器２５の光入力レベル目標値に対応させて、後段光増幅部２４のＡＬＣの制御目標レベルを自動的に設定することが可能になる。これにより、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎ内の受信器２５前段に配置される単一波長用の光増幅器の設計共通化が一層容易になる。
【００５２】
なお、上記第２実施形態についても、上述の図５および図６に示した場合と同様にして、前段光増幅部２１にＡＧＣを適用することが可能である。この場合の光受信モジュールの構成例およびレベルダイヤを図９および図１０に示しておく。前段光増幅部２１にＡＧＣを適用した場合、各光増幅部２１，２４の段間における損失が、前段光増幅部２１の光入力ダイナミックレンジと後段光増幅部２４の光出力パワーの設定に応じて変化することになる。
【００５３】
また、上述した第１，２実施形態における、前段光増幅部２１の分岐器２１Ｃおよび光検出器２１Ｄについては、可変光減衰部２３の分岐器２３Ｂおよび光検出器２３Ｂを共用することにより、省略可能である。この場合、光検出器２３Ｂの検出結果が利得演算回路２３ＥだけでなくＡＬＣ回路２１Ｅにも伝えられるようにしておく。これにより光受信モジュールの小型化を図ることが可能になる。さらに、前段および後段の光増幅部の増幅媒体２１Ａ，２４Ａについては、各々の温度を一定に保つための図示しない温度調整装置を設けるようにしてもよい。温度調整装置を設けることにより、増幅媒体２１Ａ，２４Ａの温度変動による利得波長特性の変化を防止することができ、受信特性の改善効果が増すようになる。
【００５４】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 単一波長の光信号を増幅するための光増幅器であって、
縦続接続された前段光増幅手段および後段光増幅手段と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号の劣化の補償を行う機能部品と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号を減衰させる可変光減衰手段と、
前記後段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する後段出力一定制御手段と、
前記後段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーより得られる利得に基づき、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する後段利得一定制御手段と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００５５】
（付記２） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、前記後段出力一定制手段による制御の速度よりも遅い速度で、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御することを特徴とする光増幅器。
【００５６】
（付記３） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段出力一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００５７】
（付記４） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーを検出して前記前段光増幅手段における利得を演算し、該利得が一定になるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段利得一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００５８】
（付記５） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段光増幅手段の光入力パワーの下限値が、前記前段光増幅手段の光入力パワーの下限値よりも１０ｄＢ以上大きいことを特徴とする光増幅器。
【００５９】
（付記６） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記機能部品は、波長分散補償器および偏波モード分散補償器のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする光増幅器。
【００６０】
（付記７） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段出力一定制御手段は、
前記後段光増幅手段から出力される光信号の一部を分岐する第１分岐器と、
前記第１分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第１光検出器と、
前記第１光検出器で検出された光信号のパワーが前記目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する出力一定制御回路と、を有し、
前記後段利得一定制御手段は、
前記後段光増幅手段に入力される光信号の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第２光検出器と、
前記第１および第２光検出器でそれぞれ検出された光信号のパワーを用いて、前記後段光増幅手段における利得を演算する利得演算回路と、
前記利得演算回路で演算された利得が一定になるように、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する減衰量制御部と、を有することを特徴とする光増幅器。
【００６１】
（付記８） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、光信号の波長に応じて利得の制御目標値が設定されることを特徴とする光増幅器。
【００６２】
（付記９） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段および後段光増幅手段は、希土類添加ファイバおよび該希土類添加ファイバを励起する励起光源をそれぞれ含むことを特徴とする光増幅器。
【００６３】
（付記１０） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段および後段光増幅手段の温度を一定にする温度調整手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００６４】
（付記１１） 付記１に記載の光増幅器と、
前記光増幅器から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成する受信器と、
前記受信器からの出力信号を用いて受信データを識別再生する識別再生回路と、
を備えたことを特徴とする光受信モジュール。
【００６５】
（付記１２） 付記１１に記載の光受信モジュールであって、
前記受信器は、光入力レベルの目標値に関する情報を前記光増幅器の後段出力一定制御手段に通知し、
前記後段出力一定制御手段は、前記受信器の光入力レベルの目標値に対応させて、前記後段光増幅手段の光出力パワーの目標レベルを自動的に設定することを特徴とする光受信モジュール。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態による光受信モジュールを用いたＷＤＭ伝送システムの光受信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】上記第１実施形態の光受信モジュールの詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】上記第１実施形態における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図４】後段光増幅部の利得に対する光ＳＮ比の関係を例示した図である。
【図５】上記第１実施形態に関連して前段光増幅部にＡＧＣを適用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図６】図５の構成例における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図７】第２実施形態の光受信モジュールの構成を示すブロック図である。
【図８】上記第２実施形態における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図９】上記第２実施形態に関連して前段光増幅部にＡＧＣを適用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９の構成例における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図１１】従来のＷＤＭ伝送システムの光受信装置の構成例を示したブロック図である。
【図１２】受信器への入力光に含まれる雑音光について説明するための図である。
【図１３】単一波長用の光増幅器で発生する雑音光を光フィルタを用いて除去するようにした従来の構成例を示す図である。
【図１４】ＥＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…光受信ユニット
１１…光プリアンプ
１２…分波器
１３＿１〜１３＿ｎ…光受信モジュール
２１…前段光増幅部
２１Ａ，２４Ａ…増幅媒体
２１Ｂ，２４Ｂ…励起光源（ＬＤ）
２１Ｃ，２１Ｆ，２３Ｂ，２４Ｃ…分岐器
２１Ｄ，２１Ｇ，２３Ｃ，２４Ｄ…光検出器（ＰＤ）
２１Ｅ，２４Ｅ…ＡＬＣ回路
２１Ｈ…ＡＧＣ回路
２２…機能部品
２３…可変光減衰部
２３Ｄ…制御部
２３Ｅ…利得演算回路
２３Ｆ…減衰量制御部
２４…後段光増幅部
２５…受信部
２６…識別再生部
２７…チャネル情報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において受信器に入力される単一波長の光信号を増幅するための光増幅器および光受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上の高速になると、伝送信号の光パルス幅は数ピコ秒と狭くなるために、光ファイバの僅かな波長分散（Chromatic Dispersion）や偏波モード分散（Polarization-Mode Dispersion）による波形歪みが伝送特性を著しく劣化させる。また、伝送ファイバの分散値は、温度や環境の変化に伴い時間的に変動し、その僅かな変化が伝送特性に影響することが知られている（例えば、下記の非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、波長分散補償または偏波モード分散補償技術を用いた波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送システムの光受信ユニットを示す図である。図１１において、光受信ユニット１００は、光プリアンプ１０１で一括増幅されたＷＤＭ光を分波器１０２で波長毎に分波し、該分波器１０２から出力される各波長の光信号ＣＨ１，ＣＨ２，…，ＣＨｎを各受信モジュール１０３＿１，１０３＿２，…，１０３＿ｎに与えて受信処理する。各受信モジュール１０３＿１，１０３＿２，…，１０３＿ｎ内の光路上には、可変分散補償器（Tunable Dispersion Compensator：ＴＤＣ）や偏波モード分散補償器（Polarization-Mode Dispersion Compensator：ＰＭＤＣ）などの機能部品１１１をそれぞれ設け、該各機能部品１１１で受信光に対して好ましい分散補償を実施する。
【０００４】
上記のようなＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品１１１を適用した場合、該機能部品１１１の光損失により受信光のパワーレベルが小さくなると、受信器１１２および識別再生器１１３におけるビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）は増加する。このＢＥＲの増加を抑えるため、各波長に対応した受信モジュール１０３＿１〜１０３＿ｎには、上記機能部品１１１と共に、受信器１１２の前段に光増幅器１１４を適用して、機能部品１１１の光損失を補償する機能が必要になる。しかしながら、上記光増幅器１１４の適用により、該光増幅器１１４が光信号を増幅する際に発生する自然放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）等の雑音光が要因となって受信光の波形を劣化させる可能性があり問題になる。
【０００５】
ここで、多波長を一括増幅するＷＤＭ用光増幅器と、一波を増幅する単一波長用光増幅器との相違について説明する。ＷＤＭ伝送システムにおいては、上記のような各波長に対応した受信器の前段に配置される単一波長用の光増幅器以外にも、ＷＤＭ光が伝搬する光路上に多波長を一括増幅するＷＤＭ用の光増幅器（例えば、図１１中の光プリアンプ１０１等）が多数適用されている。図１２に示すように、該ＷＤＭ用の光増幅器で発生するＡＳＥ等の雑音光（図１２の上段を参照）は、光受信ユニット１００の分波器１０２を通るため、各々の光信号の帯域内に存在する雑音成分のみが分波器１０２を透過して各信号波長に対応した受信器１１２に送られ、帯域外に存在する雑音成分は分波器１０２で遮断される（図１２の中段を参照）。このため、ＷＤＭ用の光増幅器で発生する雑音光が各波長の光信号の受信特性に与える影響は比較的小さく、多くの場合無視することができる。
【０００６】
これに対して、上記単一波長用の光増幅器１１４は、上記分波器１０２で分波された各波長の光信号が伝搬する光路上に設けられるため、該光増幅器１１４で広い波長帯域にわたって発生する雑音光がそのまま受信器１１２に入力されてしまう（図１２の下段を参照）。このため、雑音光のトータルパワーに対する単一波長の光信号のパワーの割合が小さくなり、ＢＥＲを増加させる原因になる。
【０００７】
上記のような単一波長用の光増幅器で発生する雑音光による受信特性の劣化を低減させるための従来技術としては、例えば図１３に示すように光増幅器１１４と受信器１１２の間の光路上に光フィルタ１１５を設け、受信する光信号の帯域以外の光を該光フィルタ１１５により除去する構成が知られている。（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
【０００８】
また、上記のようなＷＤＭ伝送システムに適用される光受信装置の更なる問題点として、受信光のパワーレベルが急激に変化することにより発生する伝送エラーがある。すなわち、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上になると、伝送信号の光パルス幅は数ピコ秒（ｐｓ）と狭くなる。このような高速の光信号に対応した受信器は、そもそも伝送マージン（余裕）が少ない上に、受信光のパワーレベルの急変により、受信レベルの識別点の追従が不十分になる、または、受信パワーが許容範囲を超えてしまうなどの要因が重なることによって、伝送エラーの発生する可能性が増大する。
【０００９】
上記受信光のパワーレベルの急変は、システムの運用中に、当該波長の光信号の伝送光路上において、人為的ミスによるコネクタ抜き差しが行われる、または、光ファイバが外的刺激（例えば、光ファイバに触れることによる応力や配線環境の変化）を受けるなどの原因により、容易に発生することが想定される。また、受信光のパワーが変化するだけでなく、ＷＤＭ光の波長数が急激に変化した場合にも、残留光信号のパワーレベルが変化する現象が発生し、伝送エラーを生じさせる要因となることも知られている（例えば、下記の特許文献３参照）。波長数の急激な変化についても、光伝送パスのダイナミックな再構築や、人為的ミスによるコネクタ抜け、光ファイバの切断などの原因により、容易に発生することが想定される。
【００１０】
上記のような受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生を抑えるためには、例えば、光受信装置内の光増幅器に対して高速な出力一定制御（Automatic Level Control：ＡＬＣ）を適用することが有効である。ＡＬＣは、通常、光増幅器の出力光パワーを光検出器等でモニタし、そのモニタ値が目標出力光パワーになるように、光増幅器の駆動状態（例えば、励起光源の出力パワー）をフィードバック制御することにより行われる（例えば、下記の特許文献４参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−３２１８０５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９７９９号公報
【特許文献３】特開２００６−２９５１１３号公報
【特許文献４】特開平８−２４８４５５号公報
【非特許文献１】中沢正隆、廣岡俊彦，「超短光パルスを用いた高速光伝送技術の現状と将来展望」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Vol.J89-B，No.11，pp.2067-2081
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前述したようなＷＤＭ光の各波長に対応した受信器の前段に配置される単一波長用の光増幅器は、ＷＤＭ光の波長数に対応させて多数用意する必要がある。個々の光増幅器の構成や制御方式は、コストの上昇等を抑えるために、入力される光信号の波長に応じて異なるものにするのではなく、ＷＤＭ光の広い波長帯域に対し共通の設計とすることが望まれる。このような要望に応えるにあたり、前述したＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失には部品個別のばらつきがあり、かつ、４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速な光信号に対応した受信器の性能にも現状ばらつきは避けられないので、これらのばらつきを補償可能にするような光増幅器の設計共通化が重要になる。しかしながら、前述したような従来技術を組み合わせただけでは次に述べるような課題が生じるため、上記要望に充分に応えることは難しい。
【００１３】
単一波長用の光増幅器で発生する雑音光による受信特性の劣化を低減させるために、受信光の帯域外の光を除去する光フィルタを光増幅器と受信器の間の光路上に挿入した場合、雑音光のトータルパワーに対する単一波長の光信号のパワーの割合が大きくなるので受信特性の改善効果は大きい。しかし、該光フィルタの挿入損失とそのばらつきが加わることになり、単一波長用の光増幅器の設計が更に複雑化してしまう。また、単一波長用の光増幅器と同様に、上記光フィルタもＷＤＭ光の波長数に対応させて多数用意する必要があり、汎用性をもたせた可変光フィルタは高価であるので、システム全体に与えるコスト上昇の影響は大きく、受信特性の改善効果がたとえ大きくでも、現実的な対応策として上記光フィルタを適用することは難しいという課題がある。
【００１４】
また、受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生を抑えるために、単一波長用の光増幅器に対して高速な出力一定制御（ＡＬＣ）を適用した場合、該ＡＬＣは、受信光パワーの動的な変化を補償するだけでなく、受信モジュール内外の静的な要因による受信パワーの相違も補償することになり、該補償により光増幅器の利得に大きな変化が生じる。上記受信モジュール外の静的な要因には、分波器の前段でＷＤＭ光を一括増幅する光プリアンプの出力レベルの変動や、分波器の挿入損失のばらつきなどがある。また、受信モジュール内の静的な要因には、ＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失のばらつきや、受信器の性能のばらつきによる各々の受信器への光入力レベルの目標値（単一波長用の光増幅器におけるＡＬＣの目標制御レベルに対応）のばらつきなどがある。
【００１５】
光増幅器の利得が変化すると、雑音光の発生量およびその波長特性も大きく変化することが知られている。これは、ＷＤＭ光の波長数に対応して複数設けられる単一波長用の光増幅器の間で利得に相違が生じている場合に、各々の光増幅器における雑音光の発生状態が異なることも意味する。例えば、図１４はエルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）の利得スペクトルをエルビウムイオンの反転分布率に応じて示しているが、このようなＥＤＦＡにおいて利得が大きい（反転分布率が高い）状態では、短波長側での雑音光の発生量が相対的に多くなり、逆に利得が小さい（反転分布率が低い）状態では、長波長側での雑音光の発生量が相対的に多くなることが分かる。
【００１６】
ＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失が大きい場合、または、受信器への光入力レベルの目標値が高い場合には、単一波長用の光増幅器に要求される利得は大きくなり、上記ＥＤＦＡの例では短波長側の雑音光の発生量が相対的に多い状態となる。このような状態の光増幅器において短波長側の光信号の増幅が行われると、該光増幅器の出力光（受信器の入力光）における雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合が小さくなる。一方、機能部品の光損失が小さい場合、または、受信器への光入力レベルの目標値が低い場合には、単一波長用の光増幅器に要求される利得は小さくなり、上記ＥＤＦＡの例では長波長側の雑音光の発生量が相対的に多い状態となる。このような状態の光増幅器において長波長側の光信号の増幅が行われると、該光増幅器の出力光における雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合が小さくなる。
【００１７】
つまり、受信光のパワーレベルの急変は光増幅器に高速なＡＬＣを適用することにより補償できるようになる。しかし、ＡＬＣの適用による利得の変化がＷＤＭ光の各波長の光信号に対応した受信特性に与える影響については、ＴＤＣやＰＭＤＣなどの機能部品の光損失および受信器の性能の個体ばらつきに起因した各波長間での雑音光の発生状態の違いまでを総合的に考慮する必要があり、現状、単一波長用の光増幅器の設計共通化を困難にしているという課題がある。
【００１８】
本発明は上記の課題に着目してなされたもので、受信光のパワーレベルの急変を補償可能であり、かつ、機能部品の光損失等にばらつきがあっても雑音光の発生状態が実質的に変化しない低コストの光増幅器および光受信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明は単一波長の光信号を増幅するための光増幅器を提供する。該光増幅器の一態様は、縦続接続された前段光増幅手段および後段光増幅手段と、前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号の劣化の補償を行う機能部品と、前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号を減衰させる可変光減衰手段と、前記後段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する後段出力一定制御手段と、前記後段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーより得られる利得に基づき、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する後段利得一定制御手段と、を備える。
【００２０】
また、本発明による光受信モジュールの一態様は、前記光増幅器と、該光増幅器から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成する受信器と、前記受信器からの出力信号を用いて受信データを識別再生する識別再生回路と、を備える。
【発明の効果】
【００２１】
上記のような光増幅器および光受信モジュールによれば、前段および後段光増幅手段の間の光路上に機能部品および可変光減衰手段を配置し、出力一定制御された後段光増幅手段における利得に基づいて可変光減衰手段の光減衰量が制御されるようにしたことで、機能部品の光損失の個体ばらつきが補償され、前段および後段光増幅手段での雑音光の発生状態が実質的に変化しなくなり、受信特性の劣化を低減することができる。また、後段光増幅部手段には出力一定制御が適用されるので、受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生も回避することが可能である。これにより、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール内の受信器の前段に配置される単一波長用の光増幅器の設計共通化が容易になり、４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速な光信号を確実に受信できる光受信モジュールを低コストで実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による光受信モジュールを用いたＷＤＭ伝送システムの光受信装置の要部構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１において、光受信ユニット１は、例えば、光プリアンプ１１、分波器１２および第１実施形態の光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎを備える。光プリアンプ１１は、光受信ユニット１を含むＷＤＭ伝送システムの光伝送路に接続されており、該光伝送路を伝送されてきたＷＤＭ光が入力される。該ＷＤＭ光は、波長の異なる複数の光信号（チャネル）ＣＨ１，ＣＨ２，…，ＣＨｎを含んでおり、各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎが光プリアンプ１１によって所要のレベルまで一括増幅される。上記光プリアンプ１１の構成は、公知のＷＤＭ用光増幅器の構成と同様である。なお、ここでは光受信ユニット１に入力されるＷＤＭ光の波長数（チャネル数）をｎとしている。
【００２４】
分波器１２は、光プリアンプ１１で一括増幅されたＷＤＭ光が入力ポートに与えられ、該ＷＤＭ光を波長毎に分波する。該分波された各チャネルＣＨ１〜ＣＨｎは、分波器１２の対応する出力ポートからそれぞれ出力される。上記分波器１２の各出力ポートには、光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎがそれぞれ接続される。
【００２５】
各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎは、例えば、縦続接続された前段光増幅部２１および後段光増幅部２４と、該２段構成の光増幅部２１，２４の段間に順に配置された、機能部品２２および可変光減衰部２３と、後段光増幅部２４の出力端に接続する受信器２５と、該受信器の出力端に接続する識別再生器２６とを有する。なお、図１には、チャネルＣＨ１に対応した光受信モジュール１３＿１の構成だけが示してあるが、その他のチャネルＣＨ２〜ＣＨｎに対応した光受信モジュール１３＿２〜１３＿ｎの構成も、光受信モジュール１３＿１の構成と同じである。以下では、光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎを代表してチャネルＣＨ１に対応した構成および動作について詳しく説明することにし、その他のチャネルＣＨ２〜ＣＨｎに対応した構成および動作については説明を省略する。
【００２６】
図２は、上記光受信モジュール１３＿１の詳細な構成を示すブロック図である。
図２の構成例において、前段光増幅部２１は、増幅媒体２１Ａ、励起光源（ＬＤ）２１Ｂ、分岐器２１Ｃ、光検出器（ＰＤ）２１ＤおよびＡＬＣ回路２１Ｅからなる。また、これと同様に後段光増幅部２４も、増幅媒体２４Ａ，励起光源（ＬＤ）２４Ｂ，分岐器２４Ｃ，光検出器（ＰＤ）２４ＤおよびＡＬＣ回路２４Ｅからなる。
【００２７】
増幅媒体２１Ａ，２４Ａは、例えば、光ファイバのコアにエルビウム等の希土類を添加した希土類添加ファイバが用いられる。励起光源２１Ｂ，２４Ｂは、増幅媒体２１Ａ，２４Ａを励起状態にするための励起光を発生する。なお、ここでは希土類添加ファイバを増幅媒体として用いた希土類添加ファイバ増幅器を前段および後段光増幅部２１，２４に適用した一例を示すが、本発明はこれに限らず、例えば、高非線形ファイバを増幅媒体とする集中ラマン増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅器を、各段の光増幅部にそれぞれ適用することも可能である。
【００２８】
分岐器２１Ｃ，２４Ｃは、増幅媒体２１Ａ，２４Ａを伝搬して増幅された光信号の一部を分岐して光検出器２１Ｄ，２４Ｄに与える。光検出器２１Ｄ，２４Ｄは、分岐器２１Ｃ，２４Ｃからの分岐光のパワーを検出し、該検出結果を示す電気信号をＡＬＣ回路２１Ｅ，２４Ｅに出力する。なお、光検出器２４Ｄの検出結果は、後述する利得演算回路２３Ｅにも伝えられる。
【００２９】
ＡＬＣ回路２１Ｅ，２４Ｅは、光検出器２１Ｄ，２４Ｄでの検出結果に応じて、増幅媒体２１Ａ，２４Ａから出力される光信号のパワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、励起光源２１Ｂ，２４Ｂの駆動状態をフィードバック制御する。ＡＬＣ回路２１Ｅ，２４Ｅによる励起光源２１Ｂ，２４Ｂのフィードバック制御は、その制御速度が上述したような受信光のパワーレベルの急変を補償可能な高速なものとなるように、各々のフィードバックループの時定数が設計されている。
【００３０】
機能部品２２は、波長分散補償器または偏波モード分散補償器などを含んでおり、前段光増幅部２１で増幅された光信号が与えられ、該光信号についての波長分散補償または偏波モード分散補償などを行う。この機能部品２２には固有の光損失があり、該光損失は、各チャネルに対応させて設けられる機能部品２２の間でばらつきが生じる。以下の説明では、各チャネル間における機能部品２２の光損失の個体ばらつきをΔＬＯＳＳで表す場合がある。
【００３１】
可変光減衰部２３は、可変光減衰器（ＶＯＡ）２３Ａ、分岐器２３Ｂ、光検出器（ＰＤ）２３Ｃ、前述の後段光増幅部２４と共用する分岐器２４Ｃおよび光検出器２４Ｄ、並びに、制御部２３Ｄを有する。また、制御部２３Ｄは、利得演算回路２３Ｅおよび減衰量制御部２３Ｆからなる。
【００３２】
可変光減衰器２３Ａは、機能部品２２から出力される光信号に可変の光減衰量を与える。分岐器２３Ｂは、可変光減衰器２３Ａで減衰され後段光増幅部２４に送られる光信号の一部を分岐して光検出器２３Ｃに与える。光検出器２３Ｃは、分岐器２３Ｂからの分岐光のパワーを検出し、該検出結果を示す電気信号を制御部２３Ｄの利得演算回路２３Ｅに出力する。
【００３３】
利得演算回路２３Ｅは、各光検出器２３Ｃ，２４Ｄでの検出結果に応じて、後段光増幅部２４に対して入出力される光信号のパワーを判断し、該入出力パワーを用いて後段光増幅部２４の利得を演算して、該演算結果を減衰量制御部２３Ｆに伝える。減衰量制御部２３Ｆは、利得演算回路２３Ｅで演算される後段光増幅部２４の利得が一定になるように、可変光減衰器２３Ａにおける光減衰量をフィードバック制御する。なお、減衰量制御部２３Ｆによる可変光減衰器２３Ａのフィードバック制御は、その制御速度がＡＬＣ回路２４Ｅによる励起光源２４Ｂのフィードバック制御の速度よりも遅くなるように、フィードバックループの時定数が設計されている。また、制御部２３Ｄは、外部よりチャネル情報２７を受信する。
【００３４】
受信器２５は、後段光増幅部２４から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成して識別再生器２６に出力する。この受信器２５には固有の光入力レベルの目標値（後段光増幅部２４におけるＡＬＣの目標制御レベルに対応）があり、該光入力レベルの目標値は、各チャネルに対応させて設けられる受信器２５の間でばらつきが生じる。以下の説明では、各チャネル間における受信器２５の光入力レベル目標値の個体ばらつきをΔＰｉｎで表す場合がある。識別再生器２６は、受信器２５の出力信号を用いて受信データを識別再生するための周知の処理を実行する。
【００３５】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記図１に示したような構成の光受信ユニット１では、伝送路を伝搬したＷＤＭ光が光プリアンプ１１で一括増幅された後、分波器で各チャネルＣＨI〜ＣＨｎに分波されて各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎにそれぞれ送られる。各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎでは、分波器１２からの光信号が前段増幅部２１の増幅媒体２１Ａに与えられる。増幅媒体２１Ａには、励起光源２１Ｂからの励起光が供給されており、励起された希土類イオンの誘導放出現象により増幅媒体２１Ａを伝搬する光信号が増幅されて機能部品１２に出力される。このとき、増幅媒体２１Ａからの出力光の一部が分岐器２１Ｃで分岐されて光検出器２１Ｄに与えられ、該分岐光のパワーが光検出器２１Ｄで検出されて、その検出結果がＡＬＣ回路２１Ｅに伝えられる。
【００３６】
ＡＬＣ回路２１Ｅでは、光検出器２１Ｄの検出結果に応じて、増幅媒体２１Ａから出力され分岐器２１Ｃを介して機能部品２２に送られる光信号のパワーが判断され、前段増幅部２１への光入力パワーが変動しても前段増幅部２１からの光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定になるように、励起光源２１Ｂの駆動状態がフィードバック制御される。このようにＡＬＣ動作する前段増幅部２１では、その光入力レベルが低下して利得が大きくなるほど、発生する雑音光のトータルパワーが増加し、該雑音光を含んだ光信号が機能部品２２に送られることになる。
【００３７】
なお、前段光増幅部２１の光出力パワーの制御目標レベルは、前段光増幅部２１への光入力パワーの下限値に対して、後述する後段光増幅部２４への光入力パワーの下限値が十分に大きくなる（例えば、１０ｄＢ以上）ように設定しておくのが好ましい。その理由は、２段構成の光増幅器において、後段の光入力パワーを前段の光入力パワーよりも十分に大きくしておくことにより、後段での雑音光の発生量が前段での雑音光の発生量に対して無視できる程度に少なくなるため、後段における実質的な雑音光の発生量としては、前段で発生した雑音光の増幅分のみを考えればよく、光受信モジュールの設計が容易になるためである。
【００３８】
機能部品２２では、前段増幅部２１からの出力光に対する波長分散補償または偏波モード分散補償が行われる。このとき、機能部品２２の光損失により光信号のパワーが低下し、該光損失には個体ばらつきΔＬＯＳＳがあるので、機能部品２２からの出力光のパワーレベルはΔＬＯＳＳの範囲でばらつくことになる。
【００３９】
図３は、光受信モジュール内における光信号のレベルダイヤを例示した図である。図３の上段は、前段および後段光増幅部２１，２４の段間に機能部品２２のみを設け、可変光減衰部２３を設けていない構成を想定した場合のレベルダイヤを示し、図３の下段は、段間に機能部品２２および可変光減衰部２３を設けた本実施形態の構成の場合のレベルダイヤを示している。図３の上段のように、段間に機能部品２２のみが設けられている場合、機能部品２２の光損失の個体ばらつきΔＬＯＳＳに対応したレベル範囲を持つ光信号が、機能部品２２から出力され後段光増幅部２４に入力されることになる。この場合、後段光増幅部２４はＡＬＣ動作するので、後段光増幅部２４への光入力パワーに関係なく光出力パワーが目標レベルで一定にされる。これにより、後段光増幅部２４における利得（レベルダイヤの傾きに対応）が変化し、後段光増幅部２４で発生する雑音光の波長特性が変化する。なお、ＡＬＣ動作する前段光増幅部２１においても光入力パワーに応じて利得が変化する。前段光増幅部２１での雑音光の発生量は光入力パワーが小さくなるほど増加するので、図３では前段光増幅部２１への光入力パワーが最小（下限値）になる最悪条件のレベルダイヤを実線で示している。
【００４０】
上記のような機能部品２２の光損失の個体ばらつき起因した後段光増幅部２４における雑音光の発生状態の変化は、受信光の波長との関係において、受信回路２５および識別再生器２６での受信特性の劣化要因となる。このため、本実施形態では、機能部品２２および後段光増幅部２４の間の光路上に可変光減衰器２３Ａを設け、その光減衰量を制御することにより、機能部品２２の光損失の個体ばらつきを補償して、後段光増幅部２４における雑音光の発生状態に実質的な変化が生じないようにしている。具体的には、後段光増幅部２４のＡＬＣ回路２４Ｅによる励起光源２４Ｂのフィードバック制御の速度よりも遅い制御速度で、後段光増幅部２４における利得が一定となるように可変光減衰器２３Ａの光減衰量がフィードバック制御されるようにする。この可変光減衰器２３Ａのフィードバック制御は、利得演算回路２３Ｅでの演算結果に従い減衰量制御部２３Ｆにより実現される。
【００４１】
上記可変光減衰器２３Ａのフィードバック制御により後段光増幅部２４の利得が固定されることにより、前段光増幅部２１への光入力パワーが最小になる最悪条件下での光信号のパワーレベルは図３下段の実線に示すような変化となり、前段光増幅部２１で雑音光が多量に発生し、その雑音光が後段光増幅部２４で増幅されても、該雑音光の波長特性は固定される。その結果、雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合が最も小さくなる最悪受信波長が固定されるようになり、機能部品２２の光損失の個体ばらつきに起因した受信特性の劣化を低減することが可能になる。
【００４２】
例えば、機能部品２２の光損失の個体ばらつきが５ｄＢの場合に、該ばらつきが可変光減衰部２３により補償されて後段光増幅部２４の利得変動が５ｄＢ改善されたとすると、１５３０〜１５６３ｎｍの波長帯域において後段光増幅部２４の利得が１ｄＢ変動したときの雑音光のトータルパワーの増加量は０．４ｄＢ程度であるため、受信器２５の入力における雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合は２ｄＢ程度の改善が期待できる。
【００４３】
なお、可変光減衰部２３の減衰量制御部２３Ｆにおける制御目標値（後段光増幅部２４の利得の目標値）は、上記最悪条件下において、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎの全てで所要のＢＥＲが実現可能になる利得が設定される。このＡＧＣの制御目標値は、受信波長に関係なく一律に設定しても、受信波長に応じて個別に設定してもよい。具体例として、ＷＤＭ光の波長帯域をＣ−バンドとして短波長側から順にチャネルＣＨ１〜ＣＨ４０を配置し、前段および後段光増幅部の各増幅媒体２１Ｂ，２４Ｂがエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を適用した場合を考えると、後段光増幅部２４の利得に対して、ＢＥＲに影響を及ぼす雑音光のトータルパワーに対する信号光のパワーの割合（光ＳＮ比）は図４に例示するような関係となる。この場合にＡＧＣの制御目標値を受信波長に関係なく一律に設定しようとすれば、図４の上段に示すように、全てのチャネルＣＨ１〜ＣＨ４０についての光ＳＮ比が最も大きくなる利得Ｇを、ＡＧＣの制御目標値に設定するのがよい。この利得Ｇでの光ＳＮ比の最小値ＳＮは、ＡＧＣを適用しないときの光ＳＮ比の最悪値ＳＮ’よりも、図中の矢印線相当分の改善が図られることになる（前述した数値例における２ｄＢ程度の改善に相当）。
【００４４】
また、ＡＧＣの制御目標値を受信波長に応じて個別に設定しようとすれば、制御部２３Ｄに供給されるチャネル情報２７を用いることにより、図４の下段に示すように、短波長側のチャネルＣＨ１に対して、相対的に大きな利得ＧＣＨ１をＡＧＣの制御目標値に設定し、長波長側のチャネルＣＨ４０に対しては、相対的に小さな利得ＧＣＨ４０（図４上段の利得Ｇと同等）をＡＧＣの制御目標値として設定するのが好ましい。これにより、ＡＧＣの制御目標値を一律に設定した場合と比べると、チャネルＣＨ１について、利得ＧＳのときに得られる光ＳＮ比ＳＮＣＨ１は、利得ＧＬのときに得られる光ＳＮ比ＳＮＣＨ１’よりも、図中の矢印線相当分の改善が図られることになる。
【００４５】
上記のように本実施形態の光受信モジュールによれば、機能部品２２および後段光増幅部２４の間の光路上に可変光減衰器２３Ａを設け、ＡＬＣ動作する後段光増幅部２４における利得が一定となるように可変光減衰器２３Ａの光減衰量をフィードバック制御して、機能部品２２の光損失の個体ばらつきを補償するようにしたことで、前段および後段光増幅部２１，２４で発生する雑音光による受信特性の劣化を低減することができる。また、前段および後段光増幅部２１，２４には高速なＡＬＣが適用されているので、受信光のパワーレベルの急変による伝送エラーの発生も回避することが可能である。これにより、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎ内の受信器２５前段に配置される単一波長用の光増幅器の設計共通化が容易になり、４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速な光信号を確実に受信できる光受信モジュールを低コストで実現することが可能になる。
【００４６】
なお、上記第１実施形態では、前段および後段光増幅部２１，２４の双方にＡＬＣが適用される一例を示したが、前段光増幅部２１についてはＡＧＣを適用することも可能である。この場合の光受信モジュール１３＿１の構成例を図５に示す。この構成例では、前段光増幅部２１への光入力パワーをモニタするための分岐器２１Ｆおよび光検出器２１Ｇが追加されており、各光検出器２１Ｄ，２１Ｄの検出結果がＡＧＣ回路２１Ｈに伝えられる。ＡＧＣ回路２１Ｈでは、各光検出器２１Ｄ，２１Ｄの検出結果を基に利得が演算され、該利得が所要の目標値で一定となるように、励起光源２１Ｂのフィードバック制御が行われる。
【００４７】
図６は、前段光増幅部２１にＡＧＣを適用した場合のレベルダイヤの一例である。このように、前段光増幅部２１への入力ダイナミックレンジおよび機能部品２２の光損失の個体ばらつきの双方が可変光減衰部２３によって補償されることによって、第１実施形態の場合と同様にして、後段光増幅部２４での雑音光の発生状態が実質的に変化しなくなり、受信特性の改善が図られる。
【００４８】
次に、本発明による光受信モジュールの第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態の光受信モジュールの構成を示すブロック図である。
図７において、本実施形態における光受信モジュール１３＿１の構成が前述の図２に示した第１実施形態の場合と異なる点は、受信器２５が光入力レベルの目標値に関する情報を外部に通知する機能を具備しており、該受信器２５の光入力レベルの目標値情報が、後段光増幅部２４のＡＬＣ回路２４Ｅに与えられるようにしている点である。
【００４９】
上述したように各光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎにそれぞれ設けられる各受信器２５の性能には個体ばらつきがあり、各受信器２５への光入力レベルの目標値は各々の性能に応じて異なってくる。このため、後段光増幅部２４におけるＡＬＣの制御目標レベルは、後段光増幅部２４の出力に実際に接続される受信器２５の光入力レベルの目標値に対応させて設定しておくことが望ましい。そこで、本実施形態では、受信器２５が自身への光入力レベルの目標値に関する情報を後段光増幅部２４のＡＬＣ回路２４Ｅに通知し、該ＡＬＣ回路２４Ｅでは、受信器２５からの通知情報に対応させてＡＬＣの制御目標レベルが自動的に設定される。これにより、第１実施形態の場合と同様にして、後段光増幅部２４では、増幅後の光出力パワーが上記制御目標レベルで一定になるように励起光源２４Ｂのフィードバック制御が行われ、また、該後段光増幅部２４での利得が一定になるように、機能部品２２の光損失のばらつきの補償が可変光減衰部２３により行われる。
【００５０】
図８は、上記光受信モジュール内における光信号のレベルダイヤを上述した図３の場合と同様にして例示したものである。図８のレベルダイヤでは、後段光増幅部２４の光出力パワーが、受信器２４の光入力レベル目標値のばらつきΔＰｉｎに対応したレベル範囲を持っている。図８の上段に示すように、各光増幅部２１，２４の段間に機能部品２２のみを設けた構成を想定した場合には、機能部品２２の光損失のばらつきΔＬＯＳＳと、受信器２５の光入力レベルの目標値のばらつきΔＰｉｎとの組み合わせに応じて、後段光増幅部２４の利得（レベルダイヤの傾き）が変化し、該後段光増幅部２４で発生する雑音光の波長特性に変化が生じる。一方、図８の下段に示すように、各光増幅部２１，２４の段間に機能部品２２および可変光減衰部２３を設けた構成の場合には、機能部品２２の光損失のばらつきΔＬＯＳＳが可変光減衰部２３により補償されて、各光増幅部２１，２４の段間における損失が後段光増幅部２４の光出力パワーの設定に応じて変化することになるので、後段光増幅部２４の利得一定が実現される。
【００５１】
上記のように第２実施形態の光受信モジュールによれば、第１実施形態の場合と同様の効果に加えて、受信器２５の光入力レベルの目標値のばらつきが比較的大きな場合でも、後段光増幅部２４に実際に接続される受信器２５の光入力レベル目標値に対応させて、後段光増幅部２４のＡＬＣの制御目標レベルを自動的に設定することが可能になる。これにより、ＷＤＭ光の各チャネルに対応した光受信モジュール１３＿１〜１３＿ｎ内の受信器２５前段に配置される単一波長用の光増幅器の設計共通化が一層容易になる。
【００５２】
なお、上記第２実施形態についても、上述の図５および図６に示した場合と同様にして、前段光増幅部２１にＡＧＣを適用することが可能である。この場合の光受信モジュールの構成例およびレベルダイヤを図９および図１０に示しておく。前段光増幅部２１にＡＧＣを適用した場合、各光増幅部２１，２４の段間における損失が、前段光増幅部２１の光入力ダイナミックレンジと後段光増幅部２４の光出力パワーの設定に応じて変化することになる。
【００５３】
また、上述した第１，２実施形態における、前段光増幅部２１の分岐器２１Ｃおよび光検出器２１Ｄについては、可変光減衰部２３の分岐器２３Ｂおよび光検出器２３Ｂを共用することにより、省略可能である。この場合、光検出器２３Ｂの検出結果が利得演算回路２３ＥだけでなくＡＬＣ回路２１Ｅにも伝えられるようにしておく。これにより光受信モジュールの小型化を図ることが可能になる。さらに、前段および後段の光増幅部の増幅媒体２１Ａ，２４Ａについては、各々の温度を一定に保つための図示しない温度調整装置を設けるようにしてもよい。温度調整装置を設けることにより、増幅媒体２１Ａ，２４Ａの温度変動による利得波長特性の変化を防止することができ、受信特性の改善効果が増すようになる。
【００５４】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 単一波長の光信号を増幅するための光増幅器であって、
縦続接続された前段光増幅手段および後段光増幅手段と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号の劣化の補償を行う機能部品と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号を減衰させる可変光減衰手段と、
前記後段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する後段出力一定制御手段と、
前記後段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーより得られる利得に基づき、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する後段利得一定制御手段と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００５５】
（付記２） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、前記後段出力一定制手段による制御の速度よりも遅い速度で、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御することを特徴とする光増幅器。
【００５６】
（付記３） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段出力一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００５７】
（付記４） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーを検出して前記前段光増幅手段における利得を演算し、該利得が一定になるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段利得一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００５８】
（付記５） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段光増幅手段の光入力パワーの下限値が、前記前段光増幅手段の光入力パワーの下限値よりも１０ｄＢ以上大きいことを特徴とする光増幅器。
【００５９】
（付記６） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記機能部品は、波長分散補償器および偏波モード分散補償器のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする光増幅器。
【００６０】
（付記７） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段出力一定制御手段は、
前記後段光増幅手段から出力される光信号の一部を分岐する第１分岐器と、
前記第１分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第１光検出器と、
前記第１光検出器で検出された光信号のパワーが前記目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する出力一定制御回路と、を有し、
前記後段利得一定制御手段は、
前記後段光増幅手段に入力される光信号の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第２光検出器と、
前記第１および第２光検出器でそれぞれ検出された光信号のパワーを用いて、前記後段光増幅手段における利得を演算する利得演算回路と、
前記利得演算回路で演算された利得が一定になるように、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する減衰量制御部と、を有することを特徴とする光増幅器。
【００６１】
（付記８） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、光信号の波長に応じて利得の制御目標値が設定されることを特徴とする光増幅器。
【００６２】
（付記９） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段および後段光増幅手段は、希土類添加ファイバおよび該希土類添加ファイバを励起する励起光源をそれぞれ含むことを特徴とする光増幅器。
【００６３】
（付記１０） 付記１に記載の光増幅器であって、
前記前段および後段光増幅手段の温度を一定にする温度調整手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００６４】
（付記１１） 付記１に記載の光増幅器と、
前記光増幅器から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成する受信器と、
前記受信器からの出力信号を用いて受信データを識別再生する識別再生回路と、
を備えたことを特徴とする光受信モジュール。
【００６５】
（付記１２） 付記１１に記載の光受信モジュールであって、
前記受信器は、光入力レベルの目標値に関する情報を前記光増幅器の後段出力一定制御手段に通知し、
前記後段出力一定制御手段は、前記受信器の光入力レベルの目標値に対応させて、前記後段光増幅手段の光出力パワーの目標レベルを自動的に設定することを特徴とする光受信モジュール。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態による光受信モジュールを用いたＷＤＭ伝送システムの光受信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】上記第１実施形態の光受信モジュールの詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】上記第１実施形態における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図４】後段光増幅部の利得に対する光ＳＮ比の関係を例示した図である。
【図５】上記第１実施形態に関連して前段光増幅部にＡＧＣを適用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図６】図５の構成例における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図７】第２実施形態の光受信モジュールの構成を示すブロック図である。
【図８】上記第２実施形態における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図９】上記第２実施形態に関連して前段光増幅部にＡＧＣを適用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９の構成例における光信号のレベルダイヤを例示した図である。
【図１１】従来のＷＤＭ伝送システムの光受信装置の構成例を示したブロック図である。
【図１２】受信器への入力光に含まれる雑音光について説明するための図である。
【図１３】単一波長用の光増幅器で発生する雑音光を光フィルタを用いて除去するようにした従来の構成例を示す図である。
【図１４】ＥＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…光受信ユニット
１１…光プリアンプ
１２…分波器
１３＿１〜１３＿ｎ…光受信モジュール
２１…前段光増幅部
２１Ａ，２４Ａ…増幅媒体
２１Ｂ，２４Ｂ…励起光源（ＬＤ）
２１Ｃ，２１Ｆ，２３Ｂ，２４Ｃ…分岐器
２１Ｄ，２１Ｇ，２３Ｃ，２４Ｄ…光検出器（ＰＤ）
２１Ｅ，２４Ｅ…ＡＬＣ回路
２１Ｈ…ＡＧＣ回路
２２…機能部品
２３…可変光減衰部
２３Ｄ…制御部
２３Ｅ…利得演算回路
２３Ｆ…減衰量制御部
２４…後段光増幅部
２５…受信部
２６…識別再生部
２７…チャネル情報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一波長の光信号を増幅するための光増幅器であって、
縦続接続された前段光増幅手段および後段光増幅手段と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号の劣化の補償を行う機能部品と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号を減衰させる可変光減衰手段と、
前記後段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する後段出力一定制御手段と、
前記後段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーより得られる利得に基づき、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する後段利得一定制御手段と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、前記後段出力一定制手段による制御の速度よりも遅い速度で、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御することを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段出力一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーを検出して前記前段光増幅手段における利得を演算し、該利得が一定になるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段利得一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段光増幅手段の光入力パワーの下限値が、前記前段光増幅手段の光入力パワーの下限値よりも１０ｄＢ以上大きいことを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記機能部品は、波長分散補償器および偏波モード分散補償器のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする光増幅器。
【請求項７】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段出力一定制御手段は、
前記後段光増幅手段から出力される光信号の一部を分岐する第１分岐器と、
前記第１分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第１光検出器と、
前記第１光検出器で検出された光信号のパワーが前記目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する出力一定制御回路と、を有し、
前記後段利得一定制御手段は、
前記後段光増幅手段に入力される光信号の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第２光検出器と、
前記第１および第２光検出器でそれぞれ検出された光信号のパワーを用いて、前記後段光増幅手段における利得を演算する利得演算回路と、
前記利得演算回路で演算された利得が一定になるように、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する減衰量制御部と、を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項８】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、光信号の波長に応じて利得の制御目標値が設定されることを特徴とする光増幅器。
【請求項９】
請求項１に記載の光増幅器と、
前記光増幅器から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成する受信器と、
前記受信器からの出力信号を用いて受信データを識別再生する識別再生回路と、
を備えたことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載の光受信モジュールであって、
前記受信器は、光入力レベルの目標値に関する情報を前記光増幅器の後段出力一定制御手段に通知し、
前記後段出力一定制御手段は、前記受信器の光入力レベルの目標値に対応させて、前記後段光増幅手段の光出力パワーの目標レベルを自動的に設定することを特徴とする光受信モジュール。
【請求項１】
単一波長の光信号を増幅するための光増幅器であって、
縦続接続された前段光増幅手段および後段光増幅手段と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号の劣化の補償を行う機能部品と、
前記前段および後段光増幅手段の間の光路上に配置され、前記光路を伝搬する光信号を減衰させる可変光減衰手段と、
前記後段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する後段出力一定制御手段と、
前記後段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーより得られる利得に基づき、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する後段利得一定制御手段と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、前記後段出力一定制手段による制御の速度よりも遅い速度で、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御することを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段からの光出力パワーを検出し、該光出力パワーが予め設定した目標レベルで一定となるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段出力一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅手段に対して入出力される光信号のパワーを検出して前記前段光増幅手段における利得を演算し、該利得が一定になるように、前記前段光増幅手段の駆動状態を制御する前段利得一定制御手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段光増幅手段の光入力パワーの下限値が、前記前段光増幅手段の光入力パワーの下限値よりも１０ｄＢ以上大きいことを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記機能部品は、波長分散補償器および偏波モード分散補償器のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする光増幅器。
【請求項７】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段出力一定制御手段は、
前記後段光増幅手段から出力される光信号の一部を分岐する第１分岐器と、
前記第１分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第１光検出器と、
前記第１光検出器で検出された光信号のパワーが前記目標レベルで一定となるように、前記後段光増幅手段の駆動状態を制御する出力一定制御回路と、を有し、
前記後段利得一定制御手段は、
前記後段光増幅手段に入力される光信号の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器で分岐された光信号のパワーを検出する第２光検出器と、
前記第１および第２光検出器でそれぞれ検出された光信号のパワーを用いて、前記後段光増幅手段における利得を演算する利得演算回路と、
前記利得演算回路で演算された利得が一定になるように、前記可変光減衰手段における光減衰量を制御する減衰量制御部と、を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項８】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記後段利得一定制御手段は、光信号の波長に応じて利得の制御目標値が設定されることを特徴とする光増幅器。
【請求項９】
請求項１に記載の光増幅器と、
前記光増幅器から出力される光信号を受信し、該光信号を復調した電気信号を生成する受信器と、
前記受信器からの出力信号を用いて受信データを識別再生する識別再生回路と、
を備えたことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載の光受信モジュールであって、
前記受信器は、光入力レベルの目標値に関する情報を前記光増幅器の後段出力一定制御手段に通知し、
前記後段出力一定制御手段は、前記受信器の光入力レベルの目標値に対応させて、前記後段光増幅手段の光出力パワーの目標レベルを自動的に設定することを特徴とする光受信モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１２３６９８（Ｐ２０１０−１２３６９８Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９４９５５（Ｐ２００８−２９４９５５）
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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