JP4180595B2

JP4180595B2 - 波長多重光制御装置

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Publication number: JP4180595B2
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Inventors: 靖菅谷
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Publication date: 2008-11-12
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Description

本発明は波長多重光制御装置に係わり、特に、波長多重光の最大のピーク値に基づいて波長多重光の強度を制御する波長多重光制御装置に関する。

近年、マルチメディアネットワークの進展に伴い情報需要は飛躍的に増大し、情報容量が集約する幹線系光伝送システムにおいて、さらなる大容量化及び柔軟なネットワーク形成が求められている。現状では、波長多重（Wavelength Division Multiplexing:ＷＤＭ）伝送方式が、このようなシステム需要に対応する最も有効な手段であり、現在すでに北米を中心に商用化が進められている。このようなＷＤＭ伝送システムにおいて、伝送路中の各チャネルの光レベルの管理は重要であり、管理の善し悪しが光増幅器等の機能デバイスの動作状態などに大きく影響し、それにより伝送品質が大きく変化する。このため、ＷＤＭ伝送方式では、究極にすべての中継段において、各波長レベル、Ｓ／Ｎなどの管理が必要である。
しかし、全中継段に波長毎にレベル検出装置やレベル制御装置を設置するのは、光伝送システムの低コスト化等の観点から不適であり、コスト面を考慮したより簡易で必要最小限の波長多重光検出および制御機能が要求されている。かかる観点から従来いろいろな対策が提案されている。

図１７は従来の波長多重光の検出装置の例であり、簡易の光スペクトルモニタを設置するもので、K.Otsuka et al.の論文(ECOC'97,Tu3,p147)等で報告されている例である。ファイバ１０１から出射した波長多重光を回析格子１０２により波長分離してホトダイオードアレイ１０３に入射し、各波長のレベルを各ホトダイオードで検出する手法であり、区間監視に必要な最小限のホトダイオード数で各波長のレベルを検出する方式である。

図１８は従来の波長多重光の検出及び制御装置の第２の例であり、K.Suzukiet al.の論文(IEEE Photon.Tech.Lett.,vol.10,p734,1998)に記載されている例である。この波長多重光の検出及び制御装置では、光利得一定制御の第１、第２の光ファイバ増幅器１１０，１２０を縦続接続し、その間に光減衰器１３０を設け、かつ、第２の光ファイバ増幅器の出力光の強度が一定となるようにフィードバック回路１４０を設けている。
第１、第２の光ファイバ増幅器１１０，１２０において、１１１，１２１は光アイソレータ、１１２，１２２は波長多重光を増幅する希土類元素添加ファイバ、例えばエルビウムドープファイバ、１１３、１２３は信号光より波長が短くエネルギーの大きな励起光を発生してエルビウムドープファイバに導くレーザダイオード（励起光源）、１１４、１２４は光分岐器、１１５、１２５は各光ファイバ増幅器から出力する波長多重光のパワーを検出する受光器（ホトダイオード）、１１６、１２６は各光ファイバ増幅器に入力する波長多重光のパワーを検出する受光器（ホトダイオード）、１１７，１２７は各光ファイバ増幅器への入力光と出力光のパワー比（光利得）が設定利得となるように各光ファイバ増幅器の励起光源１１３，１２３へ帰還信号入力する光利得一定制御部である。

又、フィードバック回路１４０において、１４１は第２の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光を波長ごとに分離して出力する波長合分波器、１４２₁〜１４２nは各波長λ₁〜λｎの強度(レベル)を検出するホトダイオード、１４３はは各波長のレベルのうち最大値を検出する最大値検出部、１４４は最大値が設定値となるように帰還信号を光減衰器１３０に入力する光出力一定制御部であり、光減衰器１３０は帰還信号に基づいて光レベル制御を行う。
第２の従来例では、光ファイバ増幅器を縦続接続することにより高出力が得られる。又、光ファイバ増幅器では波長により利得が変化するが、利得一定制御を行うことにより各波長の利得を均一にできる（利得の波長依存性を一定にできる）。又、各波長の利得を均一にできるため各波長のレベルを略均一にでき、このためパワーが最大となる波長を検出し、その最大値が設定値となるように制御することで出力光のパワー一定制御が可能になる。すなわち、チャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御が可能になる。

この第２の従来例は、波長毎にレベルを検出する点で第１の従来例と似ている。しかし、第２の従来例は、(1) 波長多重光をファイバ中に閉じ込めた状態でアレイ導波路型（ＡＷＧ）などの波長合分波器を用いて波長多重光を各波長毎に分離する、(2) 各チャネル毎のパワーを検出した後これらの最大値を算出して光減衰器に帰還制御してチャネル当りのパワーを一定制御する、(3) 波長合分波器の波長分岐数の制限から受光波長数が制限される点等で第１従来例と相違する。

図１９は従来の波長多重光の検出及び制御装置の第３の例であり、佐伯等の報告（NEC技報vol.51,no.4,p45,1998)に記述されているものである。この波長多重光の検出及び制御装置において、光サーキュレータ１５０は入射した波長多重光を波長合分波器１６０に入力し、波長合分波器１６０は波長多重光を各チャネルの波長光λ₁〜λnに分離する。分離された各チャネルの波長光λ₁〜λnは、可変光減衰器171₁〜171n、全反射ミラー172₁〜172n、光分岐カプラ173₁〜173nを介してホトダイオード174₁〜174nに入力する。ホトダイオード174₁〜174nは入力した各波長光を光電変換し、可変光減衰器171₁〜171nに帰還する。これにより、各チャネルの各波長のレベルが一定レベルに個々に調整されることになる。

図１７に示す第１従来例の波長多重光検出装置は、構成が大型化し、しかも、光学系が存在する。このため、全ての中継段において必要とされる波長多重光の検出／制御装置に不向きである。
図１８の第２の従来例の波長多重光の検出／制御装置は、高価な波長合分波器が必要であり、しかも、波長合分波器により波長分割するチャネル数に限界があり、更には、チャネル数や波長の変更などに柔軟に対応できない問題がある。
図１９の第３の従来例の波長多重光の検出／制御装置は、チャネル毎に個々にレベル調整するため高精度の制御ができるが、高価な波長合分波器が必要となり、しかも、チャネル毎に光減衰器、全反射ミラー、光分岐器、ホトダイオードなどが必要になり構成が大型化する。又、チャネル数や波長変更などに柔軟に対応できない問題がある。

以上のように、従来、波長多重光の検出・制御装置としてさまざまな方法、構成が提案されているが、それぞれ問題点を有する。波長多重光の検出・制御装置として必要な機能を列挙すると、
・各チャネルに割り当てた波長光の一波当りの光パワーの検出及びその一定制御（あるいはその最大値の検出及びその一定制御）が可能であること、
・多重波長数の把握が可能であること、
・チャネル波長や多重波長数に依存しない構成であること
・低コスト、小型、簡易な構成であること
などである。従来装置はこれら幾つかは満たしているものの、全てを満足するにいたっていない。
以上から本発明の目的は、簡単な構成で、しかも、高価な波長合分波器を必要とせず、更には、チャネル波長や多重波長数に依存せず、パワー最大の一波の制御で出力光のパワー一定制御が可能であり、又、多重波長数の把握が可能な波長多重光制御装置を提供することである。

本発明の第1の波長多重光制御装置は、伝搬する波長多重光を増幅する光ファイバ増幅器、光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の一部を分岐する光分岐手段、分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する波長可変光フィルタ、波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段、光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値を検出するピーク検出手段、前記光ファイバ増幅器から出力する波長多重光のトータルパワーを検出するパワー検出手段、前記最大ピーク値が突出すれば、前記トータルパワーが設定パワーとなるようにパワー一定制御を行って帰還信号を発生し、前記最大ピーク値が突出しなければ該最大ピーク値の一定制御を行って帰還信号を発生し、該帰還信号を前記光ファイバ増幅器の励起光源に入力するフィードバック手段を備えている。

本発明の第2の波長多重光制御装置は、伝搬する波長多重光を増幅する光ファイバ増幅器、光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の一部を分岐する光分岐手段、分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する波長可変光フィルタ、波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段、光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値を検出するピーク検出手段、前記光ファイバ増幅器への入力光と該光ファイバ増幅器からの出力光のパワー比である光利得を検出する手段、前記最大ピーク値が突出すれば、前記利得の一定制御を行って帰還信号を発生し、前記最大ピーク値が突出しなければ該最大ピーク値の一定制御を行って帰還信号を発生し、該帰還信号を前記光ファイバ増幅器の励起光源に入力するフィードバック手段を備えている。

本発明の第３の波長多重光制御装置は、伝搬する多重チャネル数Nchの波長多重光を増幅する第１の光ファイバ増幅器、第１の光ファイバ増幅器への入力光と出力光のパワー比である光利得が設定利得となるように帰還信号を第１の光ファイバ増幅器の励起光源に入力する第１のフィードバック手段、第１の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の光レベルを制御する光レベル制御手段、光レベル制御手段から出力する波長多重光を増幅する第２の光ファイバ増幅器、第２の光ファイバ増幅器への入力光と出力光のパワー比である光利得が設定利得となるように帰還信号を第２の光ファイバ増幅器の励起光源に入力する第２のフィードバック手段、第２の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の一部を分岐する光分岐手段、分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する波長可変光フィルタ、波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段、光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値Ｐpeakを検出するピーク検出手段、前記第２の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光のトータルパワーＰ ₀を検出するパワー検出手段、
Ｐ ₀ ＞Ｐpeak・Ｎchであれば、Ｐpeak・Ｎchと設定パワーＰsの差(＝Ｐs−Ｐpeak・Ｎch）を前記光レベル制御手段に入力し、Ｐ ₀ ≦Ｐpeak・Ｎch であれば、Ｐ ₀ と設定パワーＰsの差(＝Ｐs−Ｐ ₀ ）を前記光レベル制御手段に入力する第３のフィードバック手段を備え、該光レベル制御手段は前記入力信号に基づいて光レベル制御を行う。

本発明の波長多重光制御装置によれば、最大ピーク値が各波長の光レベルより突出する場合であっても、最大値一定制御を効果的に行うことができる。又、光電変換手段から出力する電気信号のピーク数に基づいて波長多重数を検出し、設定パワーを波長多重数に応じて変更することにより、良好な光レベル一定制御ができる。又、過度のゲインチルトを発生させることなく、最大値一定制御を効果的に行うことができる。
本発明の波長多重光制御装置によれば、利得一定制御部において利得一定制御を行って各チャネルの利得を均一にし、これにより、各波長光レベルを略均一にした状態で最大値一定制御をするため、チャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができ、しかも、各チャネルのレベルを均一にできる。
本発明の波長多重光制御装置によれば、チャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができ、しかも、各チャネルのレベルを均一にでき、更には、高出力、他チャネル化が可能となる。

伝搬する波長多重光の光レベルを制御する光レベル制御手段を設け、光レベル制御手段から出力する波長多重光の一部を分岐し、波長可変光フィルタにおいて波長多重光に含まれる各波長光を選択的に出力し、光電変換手段で波長可変光フィルタから出力する各波長光を光電変換し、ピーク値検出手段において光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値を検出し、該最大ピーク値が設定値となるように帰還信号を光レベル制御手に入力する。

（Ａ）波長多重光検出装置
（ａ）第１実施例
図１は本発明の波長多重光検出装置の第１実施例構成図であり、１１は波長多重光を伝搬する光ファイバ、１２は波長多重光を分岐する光分岐カプラ、１３は分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する中心波長可変の波長可変光フィルタ、１４は波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段としてのホトダイオード（ＰＤ）、１５はホトダイオードから出力する電気信号のピーク（例えば最大ピーク）を検出するピーク検出回路である。
波長可変光フィルタ１３としては、音響光学波長可変光フィルタ、電気光学波長可変光フィルタ、熱光学波長可変光フィルタ、機械式波長可変光フィルタなどがあるが、本発明では音響光学波長可変光フィルタ、電気光学波長可変光フィルタが掃引速度などの点から最適である。

図２は音響光学波長可変光フィルタの構成図であり、１３ａはLiNbO3（ニオブ酸リチウム)などの電気光学効果を有する基板に形成されたSAW導波路、１３ｂはすだれ電極（Interdigital Transducer;IDT)，１３ｃはTi拡散によってSAW導波路を挟むように形成されSAWクラッド、１３ｄ，１３ｅは弾性表面波（Surface Acoustic Wave:SAW)を吸収する吸収体、１３ｆ，１３ｇはTi拡散により形成された光導波路、１３ｈ，１３ｉは偏光無依存動作させるための交差型の偏光ビームスプリッタ（Ｐolarization Beam Splitter:PBS)で、２本の直線導波路を挟んだ構成になっている。１３ｊはすだれ電極１３ｂに170〜180MHzの高周波信号を印加する高周波信号付与部であり、高周波発生器13j-1に、すだれ電極IDTの入力キャパシタンスを打ち消すためのインダクタンス13j-2を直列に接続した構成を有している。すだれ電極１３に高周波信号を印加すると弾性表面波SAWが発生し、この弾性表面波はその周波数に応じた特定の波長の偏波を90⁰回転させる効果がある。このため、入力側と出力側に偏光ビームスプリッタ１３ｈ，１３ｉを設けて偏光分離することにより可変波長フィルタを実現できる。例えば、入力光としてＴＥモードの波長多重光を波長可変光フィルタ１３に入力すると、すだれ電極に印加する高周波信号の周波数に応じた波長の偏波のみが90⁰回転してＴＭモードの偏波になり、該ＴＭモードの偏波が光導波路１３ｇから出力する。

図３は波長可変光フィルタのチューニング特性を示すもので、横軸は高周波信号の周波数、縦軸は選択波長を示している。高周波信号の周波数に反比例して選択波長が短くなっている。
従って、高周波信号付与部１３ｊから出力する高周波信号の周波数を所定周期で掃引することにより入力光に含まれる各波長光を順次選択的に出力できる。
以上より、波長多重光が光ファイバ１１に入射すると、光分岐カプラ１２は波長多重光の一部を分岐して波長可変光フィルタ１３に入力する。波長可変光フィルタ１３は周期的に所定幅で中心波長掃引しているから、波長多重光に含まれる各波長光を順次分離してホトダイオード１４に入力し、ホトダイオード１４は入力光を電気信号に光電変換してピーク検出回路１５に入力する。

図４は波長多重光の入射スペクトルと受光レベルの時間変化説明図である。波長可変光フィルタ１３は周期的に所定幅で中心波長掃引しているから、ホトダイオード１４で受光する光パワーは波長軸が時間軸に変換されるパワー変化を示す。例えば、図４(a)に示すような波長λ₁，λ₂，λ₄，λ₅が多重した波長多重光が入射すると、中心波長往復掃引により光電変換後のレベル変化は、図４(b)に示すようになる。ピーク検出回路１５は図４（ｂ）の波形に対してピーク値検出を行い、最大ピーク値あるいは各ピーク値、ピーク数を検出する。最大ピーク値は、波長多重光に含まれる多数の波長光のうちスペクトルが最大の波長光の光レベル（光パワー）を示している。

（ｂ）第２実施例
図５は本発明の波長多重光検出装置の第２実施例構成図であり、図１の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例において第１実施例と異なる点は、２以上の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続し、各波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを同期掃引している点である。1つの波長可変光フィルタだけではピーク値が1/2になる波長幅(半値幅)が広くなり、波長選択性が悪い。そこで、第２実施例のように、複数の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続すれば、より半値幅の狭い波長光を出力でき、波長選択性を向上できる。

（ｃ）第３実施例
図６は本発明の波長多重光検出装置の第３実施例構成図であり、図１の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第３実施例において第１実施例と異なる点は、波長可変光フィルタ１３とホトダイオード１４の間に光等化フィルタ１６を設けた点である。各波長のスペクトルが同一でも波長可変光フィルタ１３から出力する各波長のピーク値は異なり、正確なピーク検出ができない。そこで、第３実施例では、入力スペクトルが同一であれば各波長のピーク値が同一レベルになるような等化特性を備えた光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける。これにより、精度良くピーク検出、最大ピーク値の検出が可能になる。

（Ｂ）波長多重光制御装置
（ａ）第１実施例
図７は本発明の波長多重光制御装置の第１実施例構成図であり、２１は波長多重光を伝搬する光ファイバ、２２は波長多重光を分岐する光分岐カプラ、２３は波長多重光のピークを検出する波長多重光ピーク検出部、２４は出力光の光レベルを制御するデバイスで、例えば、可変光減衰器である。可変光レベル制御デバイスとしては可変光減衰器の他に、外部光変調器、半導体光増幅器などを用いることができる。
波長多重光ピーク検出部２３は図１の波長多重光検出装置と同一構成を有し、１３は分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する中心波長可変の波長可変光フィルタ、１４は波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段としてのホトダイオード（ＰＤ）、１５はホトダイオードから出力する電気信号の最大ピーク値を検出して可変光減衰器２４に入力するピーク検出回路である。

波長多重光が光ファイバ２１に入射すると、光分岐カプラ２２は可変光減衰器２４から出力する波長多重光の一部を分岐して波長多重光ピーク検出部２３の波長可変光フィルタ１３に入力する。波長可変光フィルタ１３は周期的に所定幅で中心波長掃引しているから、波長多重光に含まれる各波長光を順次分離してホトダイオード１４に入力し、ホトダイオード１４は入力光を電気信号に光電変換してピーク検出回路１５に入力する。ピーク検出回路１５は最大ピーク値、すなわち、波長多重光に含まれる多数の波長光のうちスペクトルが最大の波長光の光レベルを検出し、最大ピーク値が設定値となるように帰還信号を生成して可変光減衰器２４に入力する。例えば、検出した最大ピーク値と設定値との差を帰還信号として可変光減衰器２４に入力する。可変光減衰器２４は帰還信号に基づいて出力光のレベルを制御する。以後、上記フィードバック制御が縦続して行われ、最大ピーク値が設定値になる。
尚、ピーク検出回路１５の後段に最大ピーク値と設定値の差分を演算して可変光減衰器２４に入力するフィードバック回路１６を設けるように構成することもできる。

以上要約すれば、波長多重光に含まれる各波長光のスペクトルに対応する受光レベルの時間変化が得られ、これのピーク検出により、チャネル最大値（最大ピーク値）の検出を行い、この検出値をもとに可変光レベル制御デバイスへ帰還制御する。
波長に対する利得等化が十分に行われていれば、通常、各チャネル（各波長光）のレベル誤差は小さいと考えられる。また、チャネル当りの出力レベルの最大値は主に伝送路光ファイバの非線型により規定される。従って、上記のような最大値検出／最大値一定制御により、全チャネルにわたり十分なレベル一定制御が行える。
以上では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合について説明したが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することもできる。

（ｂ）第２実施例
図８は本発明の波長多重光制御装置の第２実施例構成図であり、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。図８の第２実施例において第１実施例と異なる点は、出力光のレベルを制御する手段として、可変光減衰器に替えて光ファイバ増幅器を使用している点である。
図８において、２５，２６は光アイソレータ、２７は励起光と信号光を合波する波長多重カプラ、２８は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）などの光増幅用ファイバ、２９は信号光より波長が短くエネルギーの大きな励起波長光を発生して光増幅用ファイバに入力するレーザダイオード（励起光源）である。

光ファイバ２１に入射した波長多重光（信号光）は、光アイソレータ２５を通過し、波長多重カプラ２７において励起光源２９から出射した励起波長光と合波し、光増幅用ファイバ２８に入射して増幅される。増幅された波長多重光は光アイソレータ２６を通過して、光分岐カプラ２２に到る。光分岐カプラ２２は波長多重光の一部を分岐して波長多重光ピーク検出部２３の波長可変光フィルタ１３に入力する。波長可変光フィルタ１３は周期的に所定幅で中心波長掃引しているから、波長多重光に含まれる各波長光を順次分離してホトダイオード１４に入力し、ホトダイオード１４は各波長光のパワーを電気信号に光電変換してピーク検出回路１５に入力する。ピーク検出回路１５は最大ピーク値、すなわち、波長多重光に含まれる多数の波長光のうちスペクトルが最大の波長光の光レベルを検出し、最大ピーク値が設定値となるように帰還信号を生成して励起光源２９に入力する。励起光源２９は帰還信号に基づいて励起波長光の強度を制御し、光増幅用ファイバ２８から出力する光レベルを制御する。以後、上記フィードバック制御が縦続して行われ、最大ピーク値が設定値になる。
尚、ピーク検出回路１５の後段に最大ピーク値と設定値の差分を演算して励起光源２９に入力するフィードバック回路２０を設けるように構成することもできる。

この第２実施例の最大値検出／最大値一定制御においても、第１実施例と同じ理由により、全チャネルにわたり十分なレベル一定制御を行うことができる。以上では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合について説明したが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することもできる。

（ｃ）第３実施例
図９は本発明の波長多重光制御装置の第３実施例構成図であり、図８の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。図９の第３実施例において第２実施例と異なる点は、(1) 出力光のレベルを制御する手段として、最大値一定制御系とトータルパワー一定制御系を設け、(2) 最大ピーク値と設定ピーク値との差に基づいて適宜、最大値一定制御とトータルパワー一定制御を行うようにした点である。

第１、第２実施例では各チャネル（各波長光）のレベル誤差が小さいということを前提とした制御であった。しかし、状況によっては最大ピーク値（ある波長光のピーク値）が他の波長光のピーク値より大きくなり過ぎて突出する場合がある。かかる場合、第１、第２実施例の最大値一定制御では突出した波長光のパワー（最大ピーク値）により支配され、光出力を一定にできず、しかも、各チャネルのレベル差が大きくなる。そこで、最大ピーク値が突出すれば、出力光のトータルパワー一定制御を行って各チャネルのレベル差を小さくし、最大ピーク値が突出しなければ、最大値一定制御を行って出力光を一定にすると共に全チャネルにわたり略レベルを一定にする。すなわち、トータルパワーがＰ₀、ピーク検出値がＰpeakとなった場合、チャネル数をＮとすると、
Ｐ₀<<Ｐpeak・Ｎ
となる場合には、トータルパワー一定制御を行いトータルパワーＰ₀によるフィードバックを支配的にする。

図９において、３０は分岐カプラ２２で分岐した波長多重光を更に分岐して最大値一定制御系とトータルパワー一定制御系に入力する分岐カプラ、３１は波長多重光を電気信号に光電変換するホトダイオード、３２は入力した電気信号より波長多重光（出力光）のトータルパワーを検出し、パワー検出値とパワー設定値の差を出力するトータルパワー一定制御部、３３は制御補正部であり、検出した最大ピーク（ピーク検出値）とピーク設定値との差により、(1) 該ピーク検出値がピーク設定値となるように、あるいは、(2) パワー検出値がパワー設定値となるように帰還信号を光ファイバ増幅器の励起光源２９に入力するものである。

図１０は制御補正部３３の構成例であり、３３ａはピーク検出値とピーク設定値の差を演算して出力するオペアンプ、３３ｂはパワー検出値とパワー設定値の差を演算して出力するオペアンプ、３３ｃ，３３ｄはダイオードで、ダイオードスイッチを構成しており、２つのオペアンプのうちレベルが高い方を出力するように接続されている。
ピーク検出値がピーク設定値より相当大きくなると、オペアンプ３３ａの出力は負で、その絶対値は大きくなる。ピーク検出値が大きくなっても検出パワーの変化は小さく、オペアンプ３３ｂの出力の絶対値は小さい。このため、オペアンプ３３ｂの出力レベルがオペアンプ３３ａの出力レベルより高くなり、パワー検出値とパワー設定値の差が帰還信号となって励起光源２９に入力し、該パワー差が零となるような制御が行われる。
一方、ピーク検出値とピーク設定値の差が小さい場合には、オペアンプ３３ａの出力レベルがオペアンプ３３ｂの出力レベルより高くなり、ピーク検出値とピーク設定値の差が帰還信号となって励起光源２９に入力し、ピーク検出値がピーク設定値となるような制御が行われる。

以上第３実施例では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合について説明したが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することもできる。又、第３実施例では、チャネル数Ｎが既知として該チャネル数に応じたパワー設定値を固定にしているが、チャネル数を検出し、該検出チャネル数に応じてパワー設定値を決定するようにもできる。
図１１は第３実施例の変形例であり、３４は波長数カウンタであり、図４(b)のような波形に対してそのピークをカウントすることにより波長多重光に含まれる波長光の数を得るようになっている。具体的には、ホトダイオード１４の出力信号が所定閾値以上になったときＴＴＬレベルで"１"と認識してその立上りでカウントし、波長可変光フィルタ１３の掃引半周期の期間におけるカウント数をチャネル数としてトータルパワー一定制御部３２に入力する。

（ｄ）第４実施例
図１２は本発明の波長多重光制御装置の第４実施例構成図であり、図８の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。図１２の第４実施例において第２実施例と異なる点は、(1) 出力光のレベルを制御する手段として、最大値一定制御系と利得一定制御系を設け、(2) 最大ピーク値と設定ピーク値との差に基づいて適宜、最大値一定制御と利得一定制御を行うようにした点である。
第１、第２実施例では各チャネル（各波長光）のレベル誤差が小さいということを前提とした制御であった。しかし、状況によっては最大ピーク値（ある波長光のピーク値）が他の波長光のピーク値より大きくなり過ぎて突出する場合がある。かかる場合、第１、第２実施例の最大値一定制御では突出した光のパワー（最大ピーク値）により支配され、光出力を一定にできず、しかも、各チャネルのレベル差が大きくなる。そこで、最大ピーク値が突出すれば、利得一定制御を行って各チャネルの利得を略均一にする。すなわち、光ファイバ増幅器では波長により利得が変化するが、利得一定制御を行うことにより各波長の利得を均一にできる（利得の波長依存性を一定にする）。利得が均一になれば、各チャネルのレベル差が小さくなり、これにより最大ピーク値が突出しなくなれば、最大値一定制御を行って全チャネルにわたりレベルを略一定にする。このようにすれば、光利得監視により波長に対する過度のゲインチルトを発生させることなく、最大値一定制御を効果的にできる。

図１２において、３０は分岐カプラであり、分岐カプラ２２で分岐した出力光（波長多重光）を更にを分岐して最大値一定制御系と利得一定制御系に入力するもの、３１は分岐カプラ３０で分岐した出力光を電気信号に光電変換するホトダイオード、４１は入力光（波長多重光）を分岐する光分岐カプラ、４２は分岐カプラで分岐した入力光を電気信号に光電変換するホトダイオード、４３は利得一定制御部であり、ホトダイオード３１，４２から出力する電気信号に基づいて出力パワーと入力パワーを求め、それらの比から光利得を算出し、検出利得と設定利得の差に応じた信号を出力するもの、４４は制御補正部であり、検出した最大ピーク（ピーク検出値）とピーク設定値との差により、(1) 該ピーク検出値がピーク設定値となるように、あるいは、(2) 前記光利得検出値が光利得設定値となるように帰還信号を光ファイバ増幅器の励起光源２９に入力するものである。

図１３は制御補正部４４の構成例であり、４４ａはピーク検出値とピーク設定値の差を演算して出力するオペアンプ、４４ｂは光利得検出値と光利得設定値の差を演算して出力するオペアンプ、４４ｃ，４４ｄはダイオードでダイオードスイッチを構成しており、２つのオペアンプのうちレベルが高い方を出力するように接続されている。
ピーク検出値がピーク設定値より相当大きくなると、オペアンプ４４ａの出力は負で、その絶対値は大きくなる。ピーク検出値が大きくなっても検出利得の変化は小さく、オペアンプ４４ｂの出力の絶対値は小さい。このため、オペアンプ４４ｂの出力レベルがオペアンプ４４ａの出力レベルより高くなり、光利得検出値と光利得設定値の差が帰還信号となって励起光源２９に入力し、光利得が一定となるような制御が行われる。

一方、ピーク検出値とピーク設定の差が小さい場合には、オペアンプ４４ａの出力レベルがオペアンプ４４ｂの出力レベルより高くなり、ピーク検出値とピーク設定値の差が帰還信号となって励起光源２９に入力し、ピーク検出値がピーク設定値となるような制御が行われる。
以上第４実施例では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合について示したが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することができる。

（ｅ）第５実施例
図１４は本発明の波長多重光制御装置の第５実施例構成図であり、第１実施例（図７）の波長多重光制御装置の前段に光利得一定制御の光ファイバ増幅器を設け、利得一定制御と最大値一定制御を独立して行う例である。図１４において、２０は最大値一定制御部、５０は光利得一定制御部である。最大値一定制御部２０は最大ピーク値を一定値にするもので、第１実施例（図７）の波長多重光制御装置と同一の構成を有している。２１は波長多重光を伝搬する光ファイバ、２２は波長多重光を分岐する光分岐カプラ、２３は波長多重光のピークを検出する波長多重光ピーク検出部、２４は出力光の光レベルを制御する可変光減衰器である。波長多重光ピーク検出部２３において、１３は波長可変光フィルタ、１４は光電変換手段としてのホトダイオード（ＰＤ）、１５はピーク検出回路である。

光利得一定制御部５０は光ファイバ増幅器の出力レベルと入力レベルの比（利得）を一定にするもので、５１は光ファイバ、５２、５３は光アイソレータ、５４は励起光と信号光を合波する波長多重カプラ、５５は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）などの光増幅用ファイバ、５６は信号光より波長が短くエネルギーの大きな励起波長光を発生して光増幅用ファイバに入力するレーザダイオード（励起光源）、５７は光ファイバ増幅器の出力光（波長多重光）を分岐する分岐カプラ、５８は分岐カプラで分岐した出力光を電気信号に光電変換するホトダイオード、５９は入力光（波長多重光）を分岐する光分岐カプラ、６０は分岐カプラで分岐した入力光を電気信号に光電変換するホトダイオード、６１は利得一定制御部で、ホトダイオード５８，６０から出力する電気信号に基づいて出力光のパワーと入力光のパワーを求め、それらの比から光利得を検出し、検出利得と設定利得の差に応じた帰還信号を励起光源５６に入力するものである。

第５実施例によれば、利得一定制御部５０において利得一定制御を行うことで各チャネルの利得を均一にできる。このため各波長のレベルを略均一にでき、最大値一定制御部２０において最大値一定制御することでチャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができ、しかも、各チャネルのレベル（パワー）を均一にできる。
又、第５実施例によれば、ゲインチルト維持の制御と、チャネルあたりの光レベル制御を独立させ、制御の複合化、複雑化を回避する効果もある。
以上の第５実施例では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合を示しているが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することができる。

（ｆ）第６実施例
図１５は本発明の波長多重光制御装置の第６実施例構成図であり、図１４の第５実施例と同一部分には同一符号を付している。第６実施例は、第５実施例の最大値一定制御系２０内に第２の光利得一定制御部７０を設けたもので、各光利得一定制御部５０，７０の光ファイバ増幅器を縦続接続することにより高出力が得られるようになっている。

図１５において、７０は第２の光利得一定制御部であり、第１の光利得一定制御部５０と同一構成を有している。７１は光ファイバ、７２、７３は光アイソレータ、７４は励起光と信号光を合波する波長多重カプラ、７５は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）などの光増幅用ファイバ、７６は信号光より波長が短くエネルギーの大きな励起波長光を発生して光増幅用ファイバに入力するレーザダイオード（励起光源）、７７は光ファイバ増幅器の出力光（波長多重光）を分岐する分岐カプラ、７８は分岐カプラで分岐した出力光を電気信号に光電変換するホトダイオード、７９は入力光（波長多重光）を分岐する光分岐カプラ、８０は分岐カプラで分岐した入力光を電気信号に光電変換するホトダイオード、８１は利得一定制御部で、ホトダイオード７８，８０から出力する電気信号に基づいて出力光のパワーと入力光のパワーを求め、それらの比から光利得を検出し、検出利得と設定利得の差に応じた帰還信号を励起光源７６に入力するものである。

第６実施例によれば利得一定制御部５０，７０において利得一定制御を行うことで各チャネルの利得を均一にして各波長のレベルを略均一にできる。そして、各波長のレベルを略均一にした状態で最大値一定制御部２０において最大値一定制御をするため、チャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができ、しかも、各チャネルのレベル（パワー）を均一にできる。又、第６実施例によれば、高出力化、多チャネル化が可能であり、更に、可変光減衰器２４を光ファイバ増幅器間に設置することにより、該可変光減衰器設置によるＳ／Ｎ劣化を緩和し、さらには、励起効率の低減を抑圧できる。
以上の第６実施例では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合を示しているが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することができる。

（ｇ）第７実施例
図１６は本発明の波長多重光制御装置の第７実施例構成図であり、図１５の第６実施例と同一部分には同一符号を付している。図１６の第７実施例において第６実施例と異なる点は、(1) 出力光のレベルを制御する手段として、最大値一定制御系とトータルパワー一定制御系を設け、(2) 最大ピーク値Ｐpeakの値に基づいて最大値一定制御とトータルパワー一定制御を行うようにした点である。
図１５において、９１はホトダイオード７８から出力する電気信号より出力光（波長多重光）のトータルパワーＰ₀を検出する光パワー検出回路、９２はホトダイオード１４から出力する電気信号のピークをカウントして多重波長光の数(多重チャネル数)Ｎchを検出する波長数カウンタ、９３は光出力レベル制御部であり、検出した最大ピーク値（ピーク検出値Ｐpeak）とパワー検出値Ｐ₀に基づいて、(1) ピーク検出値が設定値となるように、あるいは、(2) パワー検出値が設定値となるように帰還信号を光ファイバ増幅器の励起光源２９に入力するものである。

光出力レベル制御部９３は、
Ｐ₀＞Ｐpeak・Ｎch (1)
であれば、Ｐpeak・Ｎchと設定パワーＰsの差(＝Ｐs−Ｐpeak・Ｎch）を可変光減衰器２４に入力し、可変光減衰器２４は該差が零となるように光レベルを制御する。尚、Ｐpeak・Ｎchと設定パワーＰsの差を零とする制御は、換言すれば、検出ピーク値Ｐpeakを設定値(＝Ｐs／Ｎch)となるように制御することである。又、光出力レベル制御部９３は、
Ｐ₀≦Ｐpeak・Ｎch (2)
であれば、Ｐ₀と設定パワーＰsの差(＝Ｐs−Ｐ₀）を可変光減衰器２４に入力し、可変光減衰器２４は該差が零となるように光レベルを制御する。

(1)式が成立するときは、比較的チャネル数が少なく、又、ＡＳＥレベル(光ファイバ増幅器の雑音レベル)が多く含まれる。かかる場合は、パワー検出値Ｐ₀が一定になるように制御しても、光に含まれる雑音パワーが大きいため、真の光パワーを一定に制御できない。そこで、検出ピーク値Ｐpeakが設定値(＝Ｐs／Ｎch)となるように制御する。一方、(2)式が成立するときは、ゲインチルト(各波長のゲインが異なること)などにより、一つのチャネルのレベルが他より過大となっている可能性がある。かかる場合、ピーク検出値Ｐpeakが設定値(＝Ｐs／Ｎch)となるように制御してもトータルの光パワーを一定に制御できず、しかも、各チャネルのレベル差を小さくできない。そこで、パワー検出値Ｐ₀が一定になるように制御する。

以上の第７実施例では、波長多重光ピーク検出部２３として図１の構成を使用した場合を示しているが、図５の波長可変光フィルタ１３₁〜１３nを縦続接続した構成や図６の光等化フィルタ１６を波長可変光フィルタ１３の後段に設ける構成を使用することができる。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するものではない。

以上本発明の波長多重光検出装置によれば、ホトダイオードアレイ、波長合分波器などを使用せず、小型、簡単な構成で、しかも、チャネル数に制限されることなく、波長多重光の一波当りの（チャネル当りの）パワー最大値を検出できる。又、周期的掃引手段を設けることにより、周期的に各波長光を波長可変光フィルタより出力でき、容易に各波長光のピーク値／最大ピーク値、波長多重数（チャネル数）を検出できる。又、２以上の波長可変光フィルタを縦続接続し、各波長可変光フィルタを周期的に同期掃引することにより、半値幅の狭い波長光を出力でき、波長間隔が短い場合に有利である。又、波長可変光フィルタの後段に光等化フィルタを設けることにより、各波長のピーク値検出精度を向上でき、ピーク値、波長多重数の検出精度を向上することができる。

又、本発明の波長多重光制御装置によれば、ホトダイオードアレイ、波長合分波器などを使用せず、小型、簡単な構成で、しかも、チャネル数に制限されずに、波長多重光の一波当りのパワー最大値を検出し、該最大値が設定値と等しくなるように制御できる。すなわち、本発明によれば、パワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができる。又、本発明によれば、２以上の波長可変光フィルタを縦続接続し、各波長可変光フィルタを周期的に同期掃引することにより、半値幅の狭い波長光を出力でき、波長間隔が短い場合にも各波長の光レベルの検出精度を向上して高精度の光出力レベルの一定制御ができる。又、本発明によれば、波長可変光フィルタの後段に光等化フィルタを設けることにより、各波長の光パワーの検出精度を向上して高精度の光出力レベルの一定制御ができる。

又、本発明の波長多重光制御装置によれば、検出した最大のピーク値が各波長光のレベルより突出しているか否かに基づいて、(1) 該ピーク値が設定値となるように帰還信号を生成し（最大値一定制御）、あるいは、(2) 出力光（波長多重光）の検出パワーが設定パワーとなるように帰還信号を生成し（パワー一定制御）、該帰還信号を光ファイバ増幅器の励起光源に入力するから、最大ピーク値が各波長光のレベルより突出する場合であっても、パワー一定制御によりパワーを一定にでき、しかも、各波長光のレベル差を少なくでき、以後に行われる最大値一定制御をより効果的にすることができる。又、光電変換手段から出力する電気信号のピーク数に基づいて波長多重数を検出し、波長多重数に応じて設定パワーを変更することにより、良好な光レベル一定制御ができる。

又、本発明の波長多重光制御装置によれば、検出した最大のピーク値が各波長光のレベルより突出しているか否かに基づいて、(1) 該ピーク値が設定値となるように帰還信号を生成し（最大値一定制御）、あるいは、(2) 検出利得が設定利得となるように帰還信号を生成し（利得一定制御）、該帰還信号を光ファイバ増幅器の励起光源に入力するから、過度のゲインチルトを発生させることなく、最大値一定制御を効果的に行うことができる。すなわち、最大ピーク値が突出すれば、利得一定制御を行って各チャネルの利得を均一にして各波長光レベルの差を小さくでき、以後に行われる最大値一定制御をより効果的にすることができる。又、本発明の波長多重光制御装置によれば、利得一定制御部において利得一定制御を行って各チャネルの利得を均一にし、これにより、各波長光レベルを略均一にした状態で最大値一定制御をするため、チャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができ、しかも、各チャネルのレベルを均一にできる。

又、本発明によれば、光ファイバ増幅器を縦続接続することにより高出力化、他チャネル化を可能にした波長多重光制御装置であっても、利得一定制御を行って各チャネルの利得を均一にし、これにより各波長光レベルを略均一にした状態で最大値一定制御をするようにしたから、チャネル数に関係なくパワー最大の一波のみの制御で出力光のパワー一定制御ができ、しかも、各チャネルのレベルを均一にでき、更には、高出力、多チャネル化が可能となる。又、可変光減衰器を光ファイバ増幅器間に設置することにより、可変光減衰器設置によるＳ／Ｎの劣化を緩和し、さらには、励起効率の低減を抑圧できる。

本発明の波長多重光検出装置の第１実施例である。波長可変光フィルタの構成図である。波長可変光フィルタのチューニング特性図である。波長多重光の入射スペクトルと受光レベル時間変化説明図である。本発明の波長多重光検出装置の第２実施例である。本発明の波長多重光検出装置の第３実施例である。本発明の波長多重光制御装置の第１実施例である。本発明の波長多重光制御装置の第２実施例である。本発明の波長多重光制御装置の第３実施例である。制御補正部の構成図である。第３実施例の変形例である。本発明の波長多重光制御装置の第４実施例である。制御補正部の構成図である。本発明の波長多重光制御装置の第５実施例である。本発明の波長多重光制御装置の第６実施例である。本発明の波長多重光制御装置の第７実施例である。従来の波長多重光検出装置の説明図である。従来の波長多重光検出・制御装置の構成図である。従来の波長多重光検出・制御装置の別の構成図である。

符号の説明

１３波長可変光フィルタ
１４光電変換手段としてのホトダイオード（ＰＤ）
１５ピーク検出回路
２１波長多重光を伝搬する光ファイバ
２２波長多重光を分岐する光分岐カプラ
２３波長多重光ピーク検出部
２４可変光減衰器

Claims

伝搬する波長多重光を増幅する光ファイバ増幅器、
光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の一部を分岐する光分岐手段、
分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する波長可変光フィルタ、
波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段、
光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値を検出するピーク検出手段、
前記光ファイバ増幅器から出力する波長多重光のトータルパワーを検出するパワー検出手段、
前記最大ピーク値が突出すれば、前記トータルパワーが設定パワーとなるようにパワー一定制御を行って帰還信号を発生し、前記最大ピーク値が突出しなければ該最大ピーク値の一定制御を行って帰還信号を発生し、該帰還信号を前記光ファイバ増幅器の励起光源に入力するフィードバック手段、
を備えたことを特徴とする波長多重光制御装置。
前記光電変換手段から出力する電気信号のピーク数に基づいて波長多重数を検出する手段を備え、
前記設定パワーを波長多重数に応じて変更することを特徴とする請求項１記載の波長多重光制御装置。
伝搬する波長多重光を増幅する光ファイバ増幅器、
光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の一部を分岐する光分岐手段、
分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する波長可変光フィルタ、
波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段、
光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値を検出するピーク検出手段、
前記光ファイバ増幅器への入力光と該光ファイバ増幅器からの出力光のパワー比である光利得を検出する手段、
前記最大ピーク値が突出すれば、前記利得の一定制御を行って帰還信号を発生し、前記最大ピーク値が突出しなければ該最大ピーク値の一定制御を行って帰還信号を発生し、該帰還信号を前記光ファイバ増幅器の励起光源に入力するフィードバック手段、
を備えたことを特徴とする波長多重光制御装置。
伝搬する多重チャネル数Nchの波長多重光を増幅する第１の光ファイバ増幅器、
第１の光ファイバ増幅器への入力光と出力光のパワー比である光利得が設定利得となるように帰還信号を第１の光ファイバ増幅器の励起光源に入力する第１のフィードバック手段、
第１の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の光レベルを制御する光レベル制御手段、
光レベル制御手段から出力する波長多重光を増幅する第２の光ファイバ増幅器、
第２の光ファイバ増幅器への入力光と出力光のパワー比である光利得が設定利得となるように帰還信号を第２の光ファイバ増幅器の励起光源に入力する第２のフィードバック手段、
第２の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光の一部を分岐する光分岐手段、
分岐した波長多重光の各波長光を選択的に出力する波長可変光フィルタ、
波長可変光フィルタから出力する光を光電変換する光電変換手段、
光電変換手段から出力する電気信号の最大ピーク値Ｐpeakを検出するピーク検出手段、
前記第２の光ファイバ増幅器から出力する波長多重光のトータルパワーＰ ₀を検出するパワー検出手段、
Ｐ ₀ ＞Ｐpeak・Ｎch
であれば、Ｐpeak・Ｎchと設定パワーＰsの差(＝Ｐs−Ｐpeak・Ｎch）を前記光レベル制御手段に入力し、
Ｐ ₀ ≦Ｐpeak・Ｎch
であれば、Ｐ ₀ と設定パワーＰsの差(＝Ｐs−Ｐ ₀ ）を前記光レベル制御手段に入力する第３のフィードバック手段、
を備え、該光レベル制御手段は前記入力信号に基づいて光レベル制御を行うことを特徴とする波長多重光制御装置。
前記光電変換手段から出力する電気信号のピーク数に基づいて波長多重数を検出する手段を備え、
前記設定パワーを波長多重数に応じて変更することを特徴とする請求項４記載の波長多重光制御装置。
前記波長可変光フィルタに１以上の別の波長可変光フィルタを縦続接続し、各波長可変光フィルタを周期的に同期掃引すること、
を特徴とする請求項１又は請求項３又は請求項４記載の波長多重光制御装置。
波長可変光フィルタの後段に光等化フィルタ、
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項３又は請求項４記載の波長多重光制御装置。