JP4771530B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅器および光通信システムに係わり、特に、波長多重光を増幅する光増幅器および波長多重光通信システムに係わる。

インターネットや画像伝送サービス等の普及に伴い、ネットワークを介して伝送される情報の量が急速に増加しており、これに対応するために波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）光通信システムの導入が進められてきている。そして、波長多重光通信システムは、長距離幹線系だけでなく、都市内リング（メトロリング）網にも導入されるようになってきている。

長距離幹線系では、通常、所定間隔ごとに光増幅器が設けられており、各光増幅器は、状況に応じて、ＡＬＣ（Automatic Level Control ）モードまたはＡＧＣ（Automatic Gain Control ）モードで波長多重光を増幅する。ここで、ＡＬＣモードは、光増幅器の出力を一定のレベルに保持する動作モードであり、ＡＧＣモードは、光増幅器の利得を一定の値に保持する動作モードである。

各光増幅器は、通常時は、レベルダイヤを安定させるためにＡＬＣモードで動作する。そして、波長多重光の波長数が増加または減少する時に、レベル変動を抑えるために、各光増幅器の動作モードが端局からの制御信号に従ってＡＬＣモードからＡＧＣモードに切り替えられる。ここで、ＡＬＣの時定数（応答時間）は、ＡＬＣ回路の実現が容易であり且つＰＤＬ（Polarization Dependent Loss ）の影響を抑えるために、数１０〜数１００ｍ秒に設定されている。一方、ＡＧＣの時定数（応答時間）は、数１０ｍ秒に設定されている。なお、「ＡＬＣの時定数（応答時間）」とは、一義的ではないが、例えば、光増幅器の入力／出力レベルが変動した時から、出力レベルが保持すべき一定のレベルに戻るように励起光パワー又は可変減衰器における損失が適切に調整されるまでの時間を意味する。一方、「ＡＧＣの時定数（応答時間）」とは、一義的ではないが、例えば、光増幅器の入力／出力レベルが変動した時から、光増幅器の利得が保持すべき一定の値に戻るように励起光パワーが適切に調整されるまでの時間を意味する。ちなみに、ＡＬＣモードおよびＡＧＣモードを備える光増幅器は、例えば、特開２０００−１５１５１５号公報に詳しく記載されている。

都市内リング網では、通常、複数の光ノードがリング状に接続されており、各光ノードの中に上述の光増幅器が設けられている。ここで、都市内リング網は、長距離幹線系システムと比べて、以下の理由により、波長多重光の波長数が変更される頻度が高い。

（１）需要に応じて任意の光ノード間でパスが設定／削除される。
（２）ＩＰネットワークに適したＩＰ over ＷＤＭにおいては、ＷＤＭシステムによりプロテクション機能が提供されることが望まれている。ここで、このプロテクション機能は、ビットレート無依存性の要望を考慮すると、光レイヤ層で波長を切り替える方式が有力である。しかし、この方式では、波長数の過渡的な増加／減少が生じる。

（３）将来的には、波長の時間貸しサービスが行われると見込まれている。この場合、任意の光ノード間で頻繁にパスが設定／削除される。
このように、都市内リング網では、波長多重光の波長数が頻繁に変化する。そして、各光ノードの光増幅器は、波長数が変化するごとに動作モードを適切に切り替えながら波長多重光を増幅する。
特開平１１−１１２４３４号公報 特開２０００−１５１５１５号公報 特開２０００−２３２４３３号公報

ところで、光通信システムの低コスト化を図るためには、基本的には、光ノードまたは光増幅器を構成する部品の低コスト化を図る必要がある。そして、一実施形態としては、受光素子として比較的安価なフォトダイオードを利用する構成が実施されている。

ところが、このような受光素子は、一般に、ダイナミックレンジが狭く、波長多重光のチルト、光部品の損失特性のばらつき、外部環境の変化などを考慮すると、光増幅器の出力レベルが安定している必要がある。例えば、１０Ｇｂｐｓの信号を光プリアンプで増幅した場合、安価な受光素子のダイナミックレンジは１０ｄＢ程度である。ここで、光ノードの受信回路に設けられる分波器の損失のばらつきは±２ｄＢ程度であり、波長多重光のチルト（光レベルの波長依存性）も±２ｄＢ程度である。また、周囲の気温の変化幅が６０度であったとすると、伝送路の長さを１００ｋｍとした場合、光レベルが最大１．８ｄＢ程度変動してしまう。したがって、光増幅器の出力レベルが不安定になると、受信エラーが発生することになる。

しかし、既存の光増幅器では、以下の理由により、その出力レベルの変動を抑えることが難しかった。
（１）光増幅器は、上述したように、通常時はＡＬＣモードで動作し、波長多重光の波長数が変化したときにＡＧＣモードで動作する。このとき、波長数情報は、たとえば、各光ノードを介して伝送される制御信号により通知される。しかし、この制御信号は、通常、各ノードにおいて電気信号に変換されてから解釈され、その後、再び光信号に変換されて３Ｒ（信号再生、波形再生、タイミング再生）動作を行いながら次の光ノードに転送されるようになっている。このため、波長多重光の波長数が変化してから波長数情報が各光ノードに到着するまでに、数１００ｍ秒〜数秒かかることがあった。一方、ＡＬＣモードでは、通常、光増幅器の出力レベルが波長多重光の波長数に対応する一定の値になるように制御される。このとき、波長数は、上述の波長数情報により通知される。したがって、光増幅器は、波長数が変化してから波長数情報が通知されるまでの間（上述の例では、数１００ｍ秒〜数秒）は、変化前の波長数に対応する出力レベルを維持するように動作することになり、各波長ごとのレベルが変動してしまう。例えば、波長多重光の波長数が３波長から５波長に増加した場合は、ＡＬＣモードで動作している光増幅器は、波長数情報を受信するまでの期間は、３波長が多重されているものとして波長多重光を増幅するので、各波長ごとの出力レベルが大きく低下してしまう。

（２）ＡＧＣモードでは、入力レベルが変動すると、その変動に応じて励起光パワーが調整されることにより、一定の利得が保持されるように出力パワーが変化する。しかし、ＡＧＣモードの時定数としては、一般に、光増幅器の応答時間よりも長い値が設定されている。ここで、「光増幅器の応答時間」とは、一義的ではないが、例えば、光増幅器の増幅媒体に供給される励起光のパワーが変化した時から、その増幅媒体においてその励起光パワーに対応する励起状態が得られるまでの時間を意味する。このため、光増幅器がＡＧＣモードで動作している場合には、入力レベルが変動した時に、励起光パワーがそれに追従できず、過渡的に適切な利得が得られない状態が発生してしまう。例えば、波長多重光の波長数が減少することによりトータル入力パワーが低下した場合は、ＡＧＣモードで動作している光増幅器は、励起光パワーが適切に調整されるまでの期間は、トータル入力パワーが低下する前の状態が継続しているものとして波長多重光を増幅するので、各波長ごとの出力レベルが一時的に増加してしまう。

（３）ＡＧＣモードでは、入力レベルと出力レベルとの比が一定になるように励起光パワーが制御されるが、光増幅媒体（例えば、エルビウム添加ファイバ）において生成されるＡＳＥ光により、信号利得が目標値からずれてしまう。

（４）ＡＧＣモードでは、入力レベルと出力レベルとの比が一定になるように励起光パワーが制御されるので、通信システムのプロテクション動作等において入力光が停止すると、利得制御系が不安定になる。したがって、入力光が停止している状態から信号光が入力される状態に遷ると、サージ（ここでは、光増幅器の出力レベルが一時的に過大になる現象をいう）が発生する可能性がある。

このように、既存の光増幅器は、入力レベルが変化した場合（波長多重光の波長数が変化した場合を含む）に、その出力レベルが変動することがあった。
本発明の課題は、波長多重光を増幅する光増幅器において、安定した出力レベルが得られるようにすることである。

本発明の光増幅器は、それぞれが光増幅器を備える複数のノード間で波長多重光を伝送すると共にそれら複数のノード間で波長多重光を指示する制御信号を通知する機能を備えた光通信システムにおいて使用される上記複数のノードの中の任意のノードに設けられた光増幅器であって、波長多重光を増幅する光増幅媒体と、上記光増幅媒体の前段または後段に設けられて波長多重光を減衰させる光減衰器と、上記光増幅媒体の利得をモニタする第１のモニタ手段と、当該光増幅器の出力レベルをモニタする第２のモニタ手段と、上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、当該光増幅器の出力レベルが、他のノードから通知された上記制御信号が指示する波長多重数に対応する値に保持されるように、上記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路、を有する。そして、当該光増幅器の出力レベルが変動したときから上記レベル制御回路が上記光減衰器における損失を制御することによってその変動した出力レベルが上記制御信号の指示する波長多重数に対応するレベルに戻るまでに要する時間である上記レベル制御回路の時定数は、上記制御信号を作成したノードがその制御信号を送信したときから上記光通信システム内の他の全てのノードの光増幅器に通知されるまでに要する時間よりも長く設定される。また、上記利得制御回路は、上記光増幅媒体の入力パワーおよび出力パワーを検出する検出手段と、その検出手段により検出された入力パワーおよび出力パワーに基づいて、上記光増幅媒体の利得を算出する算出手段と、その算出手段により算出された利得に従って上記光増幅媒体に供給すべき励起光のパワーを制御する励起光制御手段、を有する。そして、上記算出手段が、上記光増幅媒体において発生する自然放出光パワーに対応する所定の値が加算された上記入力パワーと、上記出力パワーとの比率に基づいて上記光増幅媒体の利得を算出する。

入力波長多重光の波長数が変化すると、それに応じて波長多重光の出力レベルが変動する。ただし、このとき、各波長ごとの出力レベルは変動しない。上記レベル制御回路は、波長多重光の出力レベルが変動すると、設定されている時定数に対応する速度で、その出力レベルが元の状態に戻るように上記光減衰器における損失を調整する。この後、上記制御信号により波長多重光の新たな波長数が通知されると、その制御信号に従って当該光増幅器の動作が制御される。ここで、上記レベル制御回路の時定数は、上記制御信号が当該光増幅器に通知されるまでの時間よりも長い。このため、波長多重光の波長数が変化したときから当該光増幅器が上記制御信号を受信するまでの期間に、上記波長多重光の出力レベルは、上記レベル制御回路によって大きく変動することはない。したがって、波長多重光の各波長ごとの出力パワーの変動は小さい。

上記光増幅器において、上記レベル制御回路は、上記制御信号により波長多重光の波長数が変化したことが通知された時に上記光減衰器における損失を固定するようにしてもよい。この構成によれば、波長多重光の波長数が変化した時に、光増幅器の動作モードが、ＡＬＣ（自動レベル制御）で動作している状態からＡＧＣ（自動利得制御）で動作する状態に遷ることができる。

光増幅媒体の利得を算出する際に、自然放出光の影響が排除される。このため、出力レベルは、適切な利得に基づいて正確に制御される。また、上記算出手段は、自然放出光パワーに対応する所定の値が加算された入力パワーと出力パワーとの比率に基づいて利得を算出する。したがって、信号入力が停止した状態であっても、算出手段に「ゼロ」が入力されることはなく、レベル制御回路の動作は不安定になることが回避される。

本発明によれば、波長多重光を増幅する光増幅器において、波長多重光に含まれている各信号光の出力パワーが安定する。特に、波長多重光の波長数が変化した場合であっても、各信号光の出力パワーが一定の値に保持される。また、自然放出光の影響を排除できるので、レベル制御回路の動作が安定する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態の光増幅器が使用される光通信システムの一例の構成図である。ここでは、リング状の伝送路を有する光通信システムを採り上げるが、本発明はこれに限定されるものではなく、２地点あるいは多地点が任意の経路で接続される光通信システムに適用可能である。

この光通信システムは、複数の光ノード１が光ファイバによりリング状に接続された構成である。ここで、各光ノード間は、それぞれ２本の光ファイバ（時計回り回線、反時計回り回線）により接続されており、２重リングが形成されている。そして、時計回り回線および反時計回り回線を介してそれぞれ波長多重光が伝送される。具体的には、時計回り回線では、波長λ２、λ４、λ６、．．．を利用して現用系の信号が伝送され、波長λ１、λ３、λ５、．．．を利用して予備系信号（あるいは、優先度の低い信号）が伝送される。一方、反時計回り回線では、波長λ１、λ３、λ５、．．．を利用して現用系の信号が伝送され、波長λ２、λ４、λ６、．．．を利用して予備系信号（或いは、優先度の低い信号）が伝送される。

各光ノード１は、光増幅器を備え、入力された波長多重光を増幅して次の光ノードへ送信する。また、各光ノード１は、それぞれ１以上のクライアント回線を収容することができる。そして、各光ノード１は、幹線系回線（時計回り回線、反時計回り回線）から受信した波長多重光の中の任意の信号光をクライアント回線に導く機能（ドロップ機能）、およびクライアント回線から受信した信号光を幹線系回線に多重する機能（アド機能）を備えている。

図２は、実施形態の光通信システムの制御系を説明する図である。各光ノード１は、それぞれ監視制御（ＯＳＣ）部１０を備えている。ここで、ＯＳＣ部１０は、この光通信システムの動作状態を監視および制御するための監視制御信号を生成／転送すると共に、受信した監視制御信号に従って光増幅器等の動作を制御する。具体的には、受信器１１は、対応する光ノードから受信した監視制御信号を電気信号に変換し、それを制御回路に渡す。制御回路１２は、受信した監視制御信号に従って自ノード内の光増幅器等を制御すると共に、必要に応じてその監視制御信号を更新する。送信器１３は、監視制御信号を光信号に変換して次の光ノードに送信する。ここで、ＯＳＣ部１０は、監視制御信号に対して３Ｒ（信号再生、波形再生、タイミング再生）処理を行う。なお、監視制御信号は、予め決められた所定の波長（例えば、１５１０ｎｍ、１６２５ｎｍ）を利用して伝送される。また、この監視制御信号は、少なくとも、幹線系回線を介して伝送される波長多重光の波長数を表す波長数情報を伝送する。

このように、実施形態の光通信システムは、監視制御信号によりその状態が監視され、また、その動作が制御される。
図３は、光ノードの構成図である。ここで、光ノード１は、上述したように、幹線系回線を介して伝送されてきた波長多重光を増幅する機能、ドロップ機能、およびアド機能を備えている。なお、波長多重光は、複数の信号光および監視制御信号を伝送するＯＳＣ光を含んでいる。

入力された波長多重光は、光プリアンプ２２により増幅された後、分波器２３により波長ごとに分波される。なお、光プリアンプ２２の前段に設けられているＷＤＭカプラ２１は、波長多重光の中に含まれているＯＳＣ光を受信器１１に導く。分波器２３により波長ごとに分波された信号光は、対応する光スイッチ２４に導かれる。合波器２５は、光スイッチ２４から出力される複数の信号光を合波する。そして、合波器２５から出力される波長多重光は、ポストアンプ２６により増幅された後、幹線系回線に出力される。なお、光プリアンプ２６の後段に設けられているＷＤＭカプラ２７は、波長多重光にＯＳＣ光を合波する。

光スイッチ３１は、２本の幹線系回線（時計回り回線、反時計回り回線）から導かれてくる信号光を選択する。また、トランスポンダ（アド・ドロップ回路）３２は、光スイッチ３１により選択された信号光をクライアント回線に導くと共に、クライアント回線から受信した信号光を光スプリッタ（分岐カプラ）３３を介して光スイッチ３４ａ、３４ｂに導く。光スイッチ３４ａ、３４ｂは、受信した信号光を対応する光スイッチ２４に導く。そして、各光スイッチ２４は、それぞれ制御回路１２からの指示に従って、幹線系回線からの信号光またはクライアント回線からの信号光を選択し、その選択した信号光を合波器２５またはトランスポンダ３２に導く。

図４および図５は、実施形態の光通信システムにおけるプロテクション動作を説明する図である。なお、「プロテクション動作」とは、ここでは、回線障害等が発生した場合に、信号を伝送するためのパスまたは経路を再設定する動作を意味する。

図４は、障害が発生していない状態（非プロテクション状態）を示している。ここで、実線は、現用系信号を伝送するパスを示しており、破線は、予備系信号（または、優先度の低い信号）を伝送するパスを示している。

図４において、反時計回り回線には、光ノード１ａから光ノード１ｄへ現用系信号を伝送するための３本のパス（λ＃５、λ＃７、λ＃９）、光ノード１ｂから光ノード１ｃへ現用系信号を伝送するための２本のパス（λ＃１、λ＃３）、および光ノード１ａから光ノード１ｂへ予備系信号を伝送するための２本のパス（λ＃２、λ＃４）が設定されている。また、時計回り回線には、光ノード１ｄから光ノード１ａへ現用系信号を伝送するための３本のパス（λ＃６、λ＃８、λ＃１０）、光ノード１ｃから光ノード１ｂへ現用系信号を伝送するための２本のパス（λ＃２、λ＃４）、および光ノード１ｂから光ノード１ａへ予備系信号を伝送するための２本のパス（λ＃１、λ＃３）が設定されている。

幹線系回線を介して伝送される波長多重光の波長数は、ロケーションごとに異なっている。例えば、光ノード１ｂと光ノード１ｃとの間の反時計回り回線上では、５波長（λ１、λ３、λ５、λ７、λ９）が多重された波長多重光が伝送される。従って、この場合、光ノード１ｃにおいて反時計回り回線のために設けられている光プリアンプは、５波長が多重された波長多重光を増幅する。一方、光ノード１ｄと光ノード１ａとの間の反時計回り回線上には、パスは設定されていない。従って、この場合、光ノード１ａにおいて反時計回り回線のために設けられている光プリアンプには、波長多重光は入力されていない。

図５は、光ノード１ａと光ノード１ｂとの間で障害が発生した状態（プロテクション状態）を示している。この場合、障害が発生した伝送路を利用して設定されていたパスのうち、現用系信号を伝送するためのパスは、他の経路を介して再設定される。具体的には、図４において反時計回り回線上に設定されていた３本のパス（λ＃５、λ＃７、λ＃９）は、時計回り回線上に設定される３本のパス（λ＃５、λ＃７、λ＃９）として再設定される。同様に、図４において時計回り回線上に設定されていた３本のパス（λ＃６、λ＃８、λ＃１０）は、反時計回り回線上に設定される３本のパス（λ＃６、λ＃８、λ＃１０）として再設定される。一方、障害が発生した伝送路を利用して伝送されていた予備系信号（または、優先度の低い信号）は停止される。

この結果、光ノード１ｃには、反時計回り回線を介して２波長が多重された波長多重光が入力される。すなわち、図５に示す障害が発生することにより、光ノード１ｃにおいて反時計回り回線のために設けられている光プリアンプに入力される波長多重光の波長数は、「５」から「２」に減少することになる。一方、光ノード１ａには、反時計回り回線を介して３波長が多重された波長多重光が入力される。すなわち、図５に示す障害が発生することにより、光ノード１ａにおいて反時計回り回線のために設けられている光プリアンプに入力される波長多重光の波長数は、「０」から「３」に増加することになる。

このように、実施形態の光通信システムでは、障害の発生に起因してプロテクションが開始されると、１または複数のノードにおいて、光増幅器に入力される波長多重光の波長数が変動する。そして、実施形態の光増幅器は、このようにして波長多重光の波長数が変動した場合であっても、出力レベルの変動が小さく抑えられる。

図６は、本発明の実施形態の光増幅器の基本構成を示す図である。なお、この光増幅器は、各光ノードに設けられ、例えば、図３に示す光プリアンプ２２または光ポストアンプ２６に相当する。そして、ＡＧＣモードまたはＡＬＣモードで入力された波長多重光を増幅する。

この光増幅器は、２段増幅構成であり、光増幅媒体としてのエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）４１ａ、４１ｂを備える。なお、光増幅媒体は、エルビウム添加ファイバに限定されるものではなく、他の形態の希土類添加ファイバであってもよい。また、ＥＤＦ４１ａとＥＤＦ４１ｂとの間には、光レベルを調整する可変減衰器（ＶＡＴＴ）４２が設けられている。

ＡＧＣ回路４３ａは、ＥＤＦ４１ａに励起光を供給するための励起光源を備える。そして、ＥＤＦ４１ａの入力レベル／出力レベルをモニタし、ＥＤＦ４１ａの利得が予め決められた一定の値に保持されるように励起光パワーを調整する。同様に、ＡＧＣ回路４３ｂは、ＥＤＦ４１ｂに励起光を供給するための励起光源を備える。そして、ＥＤＦ４１ｂの入力レベル／出力レベルをモニタし、ＥＤＦ４１ｂの利得が予め決められた一定の値に保持されるように励起光パワーを調整する。ＡＬＣ回路４４は、当該光増幅器の出力レベル（すなわち、ＥＤＦ４１ｂの出力レベル）が所定の値に保持されるように可変減衰器４２における損失を制御する。

上記構成の光増幅器がＡＧＣモードで動作するときは、光減衰器４２における損失は適切な値に固定される。そして、ＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂは、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの利得を適切に制御する。一方、この光増幅器がＡＬＣモードで動作するときは、ＡＬＣ回路４４は、出力レベルが波長多重光の波長数に対応する値に保持されるように可変減衰器４２における損失を制御する。このとき、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの利得は、ＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂにより適切な値に保持されている。なお、波長多重光の波長数は、図２を参照しながら説明した監視制御信号を利用して通知される。

上記構成の光増幅器において、ＡＧＣの時定数およびＡＬＣの時定数は、以下のようにして設定される。
（１）ＡＧＣの時定数は、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの応答時間に対して十分に短くする。

（２）ＡＬＣの時定数は、監視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長くする。
図７は、光増幅媒体の応答時間を説明する図である。光増幅媒体の利得は、励起光により制御される。すなわち、励起光パワーが低下すれば、それに伴って光増幅媒体の利得も小さくなり、励起光パワーが高くなれば、それに伴って光増幅媒体の利得も高くなる。しかし、励起光パワーが変化した時から光増幅媒体の利得がその変化に応じて調整されるまでには一定の時間を要する。そして、この応答時間は、一般に、励起光パワーが増加したときよりも、励起光パワーが低下したときの方が長くなる。なお、光増幅媒体の応答時間は、その材料に依存して決まり、例えば、ＥＤＦの場合は数ｍ秒程度である。

図８は、ＡＧＣの時定数を説明する図である。ここでは、ＡＧＣ回路（４３ａまたは４３ｂ）は、図８（ａ）に示すように、ＥＤＦ（４１ａまたは４１ｂ）の入力パワーと出力パワーとの比率に基づいて利得を算出する機能、その算出した利得を参照値と比較する機能、およびその比較結果に対応する励起光を生成する励起光源を備えるものとする。

図８（ｂ）に示すように、入力パワーが安定している期間は、出力パワーも安定しており、利得も一定である。ところが、ＥＤＦの利得は、入力パワーに依存する。具体的には、例えば、一定の励起光が与えられているときに入力パワーが低下すると、ＥＤＦの利得はそれに応じて高くなる傾向にある。このため、ＡＧＣ回路は、入力パワーが変化すると、それに応じて励起光パワーを適切に調整する必要がある。ここで、入力パワーが変化した場合であっても、ＡＧＣ回路が十分に短時間でそれに追従すれば、利得は一定に保たれる。

励起光パワーは、基本的に、入力パワーおよび出力パワーに基づいて制御される。すなわち、入力パワーの変化に応じて励起光パワーが適切に調整されるためには、入力パワーと出力パワーとの比率に基づいて利得を算出する処理、およびその算出された利得と参照値との差分を求める処理等が必要である。このため、ＡＧＣ回路の応答時間をゼロにすることは困難である。

ただし、この応答時間を十分に小さくすることは可能である。すなわち、ＡＧＣ回路の応答時間は、上記利得を算出するために割り算機として動作するアンプの応答時間、および上記差分を導出するためのアンプの応答時間に大きく依存するので、これらのアンプの高速化を図ることによりＡＧＣ回路の応答時間は短縮される。なお、高速なＡＧＣ回路を用いてＥＤＦを制御する方式は、たとえば、ＯＦＣ２００１ ＰＤ３８−１に記載されている。

実施形態の光増幅器では、ＡＧＣの時定数（応答時間）は、光増幅媒体の応答時間よりも短くなるように設定される。一例としては、ＡＧＣの時定数は、光増幅媒体の応答時間の１／１００以下に設定される。したがって、入力パワーが変化した場合であっても、利得は一定に保たれる。すなわち、波長多重光の波長数が変化した場合であっても、１波当たりの入力パワーが変化しなければ、１波当たりの出力パワーも変動しない。

図９は、ＡＬＣの時定数を説明する図である。ここでは、ＡＬＣ回路（４４）は、図９（ａ）に示すように、出力パワーに基づいて可変減衰器（４２）における損失を制御する機能を備えるものとする。

図９（ｂ）に示すように、入力パワーが変化すると、それに応じて出力パワーも変化する。ここで、ＡＬＣ回路は、出力パワーが一定に保持されるように可変減衰器における損失を調整する。このとき、この損失の変化は、例えば、指数関数を用いて表される。具体的には、損失の変化は、例えば、出力パワーが下式により表されるように定義される。ただし、「ΔＰ」は、入力パワーが変化した時の総出力パワーの変化量を表し、「Ｔ」は所定の時定数を表す。また、「ｔ」は、入力パワーが変化した時点から計時される時間を表し、「α」は、「ｔ＝０」における出力パワーを表す。

Ｐout ＝ΔＰ（１−ｅ^-t/T）＋α
この式によれば、入力パワーが変化したときから時間Ｔが経過した時点における出力パワーの誤差は、「ΔＰ／ｅ」にまで小さくなっている。そして、以下では、この時間Ｔを、「ＡＬＣの時定数」または「ＡＬＣの応答時間」と呼ぶことがある。

ＡＬＣの時定数（応答時間）は、監視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長くなるように設定される。具体的には、たとえば、ＡＬＣの時定数は、監視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間の１０倍以上になるように設定される。ここで、監視制御信号が各光ノードに伝達される時間は、各光ノードにおける遅延時間、信号の伝搬時間、プロテクション時間、波長数処理時間の和により与えられる。なお、各光ノードにおける遅延時間は、３Ｒ動作に要する時間を含む。信号の伝搬時間は、伝送路の長さに依存する。プロテクション時間は、例えばＳＯＮＥＴ等の規格として定義されており、５０〜１００ｍ秒である。波長数処理時間は、監視制御信号により波長多重光の波長数が通知されたときから、その波長数に応じてＡＬＣ回路の設定が変更されるまでに要する時間である。

例えば、波長多重光の波長数の最大値が４０であり、波長数が変化したときの光増幅器の出力レベルの変動を０．１ｄＢ以下に抑えるためには、上記計算式によれば、「Ｔ＝１００秒」が得られる。

なお、光増幅媒体の応答時間とＡＧＣの時定数、または光増幅媒体の応答時間とＡＬＣの時定数、またはＡＧＣの時定数とＡＬＣの時定数が互いに一致または近接していると、光増幅器の制御系において発振等が発生する可能性がある。しかし、実施形態の光増幅器では、ＡＧＣの時定数は、ＥＤＦの応答時間に対して十分に短く設定されている。一方、ＡＬＣの時定数は、監視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長く設定されるので、ＥＤＦの応答時間に対して十分に長くなる。したがって、制御系が発振等により不安定になることはない。

図１０は、実施形態の光増幅器の構成図である。この光増幅器では、入力された波長多重光は、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂにより増幅されると共に、可変減衰器４２によりその出力レベルが調整される。なお、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの利得はＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂにより制御され、可変減衰器４２における損失はＡＬＣ回路４４により制御される。

ＥＤＦ４１ａの利得は、ＥＤＦ４１ａの入力パワーおよび出力パワーに基づいて制御される。ここで、ＥＤＦ４１ａの入力パワーは、受光素子（ＰＤ）５１ａにより検出され、ＥＤＦ４１ａの出力パワーは、受光素子（ＰＤ）５２ａにより検出される。

アンプ５３ａは、上記入力パワーと出力パワーとの比率を求める。ただし、よく知られているように、ＥＤＦを用いた増幅では自然放出（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）が発生する。即ち、ＥＤＦへの入力パワーが「Ｐin」であるとすると、その出力パワーは、「ＧＰin＋Ｐase 」になる。ここで、「Ｇ」はＥＤＦの利得を表し、「Ｐase 」はＡＳＥ光パワーを表す。従って、もし、検出された入力パワーおよび出力パワーに基づいてＥＤＦの利得を算出すると、下記の値が得られてしまう。

利得算出値＝出力パワー／入力パワー
＝（ＧＰin＋Ｐase ）／Ｐin
＝Ｇ＋Ｐase ／Ｐin
＝Ｇ＋Ｐase ／ｍＰinch
この式で、「ｍ」は波長多重光の波長数（チャネル数）を表し、「Ｐinch」は１チャネル当たりの入力パワーを表す。すなわち、受光素子により検出された入力／出力パワーのみを用いて利得を算出しようとすると、ＡＳＥに起因する誤差が発生することになる。そして、その誤差は波長多重光の波長数に依存する。

よって、この実施形態では、加算機５４ａにおいて、受光素子５１ａにより検出された入力パワー値に対して、ＡＳＥ補正値１が加算される。ここで、ＡＳＥ補正値１は、ＥＤＦ４１ａから出力されるＡＳＥ光パワーをＥＤＦ４１ａの利得で除算することにより得られる値に相当し、例えば、「ＮＦｈνΔｆ」で与えられる。なお、「ＮＦ（＝２ｎsp）」は、ノイズ指数を表し、「ｈν」は、エネルギーを表し、「Δｆ」は、帯域を表す。このとき、「ＮＦ」は、１チャネル当たりの入力パワーに依存するので、入力パワーに基づいて設定されるようにしてもよい。そして、このようにしてＡＳ補正値１を決定すれば、ＡＳＥに起因して発生し且つ波長数に依存する誤差による影響が排除される。

アンプ５５ａは、アンプ５３ａから出力される利得算出値と予め設定されている所定の利得Ｇ１との差分に基づいて、励起光源（ＬＤ）５６ａを駆動する。
このように、ＡＧＣ回路４３ａにおいては、受光素子５１ａにより検出された入力パワー値にＡＳＥ補正値１が加算される。したがって、ＥＤＦ４１ａの利得が適切に検出され、その検出結果を利用してＥＤＦ４１ａの利得が正しく制御される。また、ＡＧＣ回路４３ａは、ＥＤＦ４１ａへの入力光が停止した場合は、ＡＳＥ補正値１に相当する光がＥＤＦ４１ａに入力されているものと見なして動作する。従って、ＡＧＣ回路４３ａに「ゼロ」が入力される状態が回避され、制御系が安定する。

ＥＤＦ４１ｂの利得を制御するＡＧＣ回路４３ｂの構成および動作は、基本的に、ＡＧＣ回路４３ａと同じである。したがって、その説明は省略する。
なお、ＡＧＣ回路４３ａ、４３ｂの応答時間（ＡＧＣ時定数）は、上述したように、ＥＤＦ４１ａ、４１ｂの応答時間と比較して十分に短い。そして、このことは、例えば、アンプ５３ａ、５３ｂ、５５ａ、５５ｂの高速化により実現される。

ＡＬＣ回路４４は、この光増幅器の出力パワーが波長多重光の波長数に対応する設定値に一致するように可変減衰器４２における損失を制御する。ここで、この光増幅器の出力パワーは、受光素子（ＰＤ）５２ｂにより検出される。また、波長多重光の波長数は、上述した監視制御信号により通知される。ただし、波長多重光の波長数に対応する設定値は、ＡＳＥ補正値３により補正される。なお、ＡＳＥ補正値３は、例えば、特開２０００−２３２４３３号公報に記載されている方法に従って決定されるようにしてもよい。そして、ＡＬＣ回路４４の出力により、可変減衰器４２が制御される。ここで、切替え回路５７は、この光増幅器がＡＬＣモードで動作しているときは、ＡＬＣ回路４４の出力を選択する。

なお、ＡＬＣ回路４４の応答時間（ＡＬＣ時定数）は、上述したように、監視制御信号が各光ノードに伝達されるのに要する時間よりも長い。
実施形態の光増幅器は、さらにＡＬＣ補助回路６０を備えている。ここで、ＡＬＣ補助回路６０は、アンプ６１、６３、およびサンプルホールド回路６２を含む。そして、アンプ６１は、可変減衰器４２の入力／出力パワーに基づいて、可変減衰器４２における損失を求める。なお、可変減衰器４２の入力パワーは受光素子５２ａにより検出され、出力パワーは受光素子５１ｂにより検出される。サンプルホールド回路６２は、所定時間ごとにアンプ６１の出力を取り込む。そして、アンプ６３は、アンプ６１により得られる可変減衰器４２における損失をサンプルホールド回路６２に保持されている損失値に一致させるための差分データを出力する。

ＡＬＣ補助回路６０は、光増幅器がＡＬＣモードで動作しているときに上述のサンプリングを行う。ただし、ＡＬＣモードのときは、切替え回路５７は、ＡＬＣ回路４４の出力を選択する。一方、光増幅器の動作がＡＬＣモードからＡＧＣモードに切り替わると、ＡＬＣ補助回路６０は、上述のサンプリング動作を停止し、サンプルホールド回路６２は、最後のサンプリングにより得られたデータを保持する。そして、ＡＧＣモードにおいて、可変減衰器４２における損失がサンプルホールド回路６２に保持されている損失値に一致するように制御系が動作する。なお、ＡＧＣモードにおいては、切替え回路５７はＡＬＣ補助回路６０の出力を選択する。この後、光増幅器の動作がＡＧＣモードからＡＬＣモードに戻ると、可変減衰器４２における損失はＡＬＣ回路４４によって制御されるようになり、ＡＬＣ補助回路６０は、再び上述のサンプリングを行うようになる。なお、光増幅器の動作モードに切替えについては、後で詳しく説明する。

図１１は、図１０に示した光増幅器の変形例である。図１１に示す光増幅器の基本構成は、図１０に示した光増幅器と同じであるが、ＡＧＣ回路においてＡＳＥ光を補正する方法が異なる。すなわち、図１０に示した光増幅器では、ＡＳＥ光の影響を排除するために、受光素子５１ａ、５１ｂにより検出された入力パワー値にそれぞれＡＳＥ補正値１、ＡＳＥ補正値２が加算される。これに対して、図１１に示す光増幅器では、受光素子５２ａ、５２ｂにより検出された出力パワー値からそれぞれＡＳＥ補正値４、ＡＳＥ補正値５が差し引かれる構成となっている。なお、ＡＳＥ補正値４、５は、それぞれＥＤＦ４１ａ、４１ｂにおいて発生するＡＳＥ光パワーに相当する。なお、出力パワーからＡＳＥ補正値４、５を差引く構成は、例えば、特願平１１−１１２４３４号公報に開示されている。

このように、図１０に示す光増幅器では、算出利得Ｇ＝Ｐout ／（Ｐin＋補正値）が参照値に一致するように励起光パワーが制御されるのに対し、図１１に示す光増幅器では、算出利得Ｇ＝（Ｐout −補正値）／Ｐinが参照値に一致するように励起光パワーが制御される。したがって、ＡＧＣにおいてＡＳＥの影響を排除する点では、基本的に同じである。ただし、図１１に示す構成では、ＥＤＦへの入力光が停止した場合は、ＡＧＣ回路４３ａに「ゼロ」が入力されることになる。したがって、制御系の安定性については、図１０に示す構成の方が有利である。

図１２は、実施形態の光増幅器の具体的な構成を示す図である。なお、この光増幅器は、図１０に示す構成をベースにしている。
この光増幅器では、様々な制御がＤＳＰ７１により実行される。なお、ＤＳＰ７１には、光増幅器の入力パワーを表すデジタルデータ、光増幅器の出力パワーを表すデジタルデータ、可変減衰器４２における損失を表すデジタルデータ、制御情報が与えられる。ここで、光増幅器の入力パワーを表すデジタルデータは、受光素子５１ａにより検出されたアナログ値をデジタルデータに変換することにより得られる。光増幅器の出力パワーを表すデジタルデータは、受光素子５２ｂにより検出されたアナログ値をデジタルデータに変換することにより得られる。可変減衰器４２における損失を表すデジタルデータは、受光素子５２ａ、５１ｂにより検出された光パワーの比率を表すアナログ値をデジタルデータに変換することにより得られる。制御情報は、波長数情報、動作モード切替え情報、ＡＳＥ補正量情報を含み、制御回路１２から与えられる。なお、これらの情報は、上述した監視制御信号により各光ノードに伝送される。また、ＤＳＰ７１は、ＲＯＭ７２およびＥＰ２ＲＯＭ７３にアクセスすることができる。そして、ＤＳＰ７１は、これらのデータおよび情報に基づいて、可変減衰器４２における損失を表す情報を出力する。なお、ＤＳＰ７１の出力は、Ｄ／Ａ変換回路によりアナログデータに変換されて可変減衰器４２に与えられる。

ＤＳＰ７１は、主に、以下の処理を実行する。
（１）ＡＬＣモードにおいて、可変減衰器４２に対して指示を与える。
（２）ＡＬＣモードにおいて、所定時間ごとに可変減衰器４２における損失を検出し、それをＥＰ２ＲＯＭ７３に書き込む。このとき、ＥＰ２ＲＯＭ７３は、新たに検出される損失値により随時更新されていく。

（３）光増幅器の動作モードがＡＬＣモードからＡＧＣモード切り替わるときに、ＥＰ２ＲＯＭ７３の更新を停止する。これにより、動作モードが切り替わる時点における可変減衰器４２における損失を表すデータがＥＰ２ＲＯＭ７３に保存される。なお、上記動作モードの切替えは、例えば、監視制御信号により波長数が変化した旨が通知された時、監視制御信号によりモード切替え指示を受信した時、監視制御信号を所定時間以上受信できなかった時などに発生する。

（４）光増幅器への信号入力が開始されたときに、ＡＧＣモードにおいて、可変減衰器４２に対してＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている値を指示する。
上記（１）について詳しく説明する。ＡＬＣモードにおける出力パワーは、基本的には、波長多重光の波長数に応じて決定される。ここで、波長多重光の波長数は、上述したように、監視制御信号により通知される。そして、ＡＬＣモードにおいて保持すべき目標出力パワーは、基本的には、「１波当たり出力パワー」と「波長数」との積により与えられる。なお、「１波当たり出力パワー」は、予めＲＯＭ７２に格納されている。

ＤＳＰ７１は、図１３に示すように、時間ΔＴごとに、受光素子５２ｂにより検出される実際の出力パワーと目標出力パワーと差分ΔＰを算出し、さらに補正量「ΔＰ／ｎ」を算出する。ここで、「ｎ」は、１よりも大きな正の値である。図１３に示す例では、時刻Ｔo において、実際の出力パワーと目標出力パワーと差分として「ΔＰo 」が得られている。よって、この場合、ＤＳＰ７１は、実際の出力パワーが「ΔＰo ／ｎ」だけ上昇するように、可変減衰器４２における損失を調整する。続いて、時刻Ｔ1 において、実際の出力パワーと目標出力パワーと差分として「ΔＰ1 」が得られている。よって、この場合、ＤＳＰ７１は、実際の出力パワーが「ΔＰ1 ／ｎ」だけ上昇するように、可変減衰器４２における損失を調整する。以降、同様に、時間ΔＴごとに可変減衰器４２における損失を調整し、実際の出力パワーを徐々に目標出力パワーに近づけていく。なお、出力パワーの調整速度（すなわち、ＡＬＣ時定数）は、「ｎ」又は「ΔＴ」を適切に選択することにより、所望の値に設定できる。例えば、「ΔＴ」を長くすれば、ＡＬＣ時定数は長くなる。

なお、目標出力パワーは、基本的には波長多重光の波長数に基づいて決定されるが、ノイズを考慮して決定されるようにしてもよい。この場合、例えば、図１４に示すように、監視制御信号により伝送されるノイズ情報が利用される。すなわち、各光増幅器は、下式に従い、自装置で発生するノイズを推定する。

各光ノードで発生するノイズ＝１／ＯＳＮＲi
＝ＮＦi ｈνΔＦ／Ｐin
ここで、「ＯＳＮＲi 」は、ｉ番目の光増幅器における光信号／ノイズ比を表す。「ＮＦi 」は、ｉ番目の光増幅器におけるノイズ指数を表し、例えば、ＲＯＭ７２に予め格納されている。「ｈν」は、エネルギーを表す。「ΔＦ」は、規格化された定数であって、例えば０．１ｎｍである。「Ｐin」は、入力パワーを表す。

各光増幅器は、監視制御信号を利用して通知されるノイズ情報に自装置において発生するノイズ情報を加算し、その加算結果を次の光ノードに転送する。例えば、図１４に示す例では、ノイズ情報として以下の結果が得られる。
光ノード１ａ：１／ＯＳＮＲa
光ノード１ｂ：１／ＯＳＮＲa ＋１／ＯＳＮＲb
光ノード１ｃ：１／ＯＳＮＲa ＋１／ＯＳＮＲb ＋１／ＯＳＮＲc
そして、ＤＳＰ７１は、下式に従い、目標出力パワーを決定する。

目標出力パワー＝ｍＰoutch （１＋１／ＯＳＮＲ）
ここで、「ｍ」は、波長多重光の波長数を表し、「Ｐoutch 」は、１波当たり出力パワーを表し、「１／ＯＳＮＲ」は、上述のようにして算出された累積ノイズである。

次に、光増幅器の動作モードの切替えについて説明する。
＜第１の実施例＞
第１の実施例の光増幅器は、ＡＬＣモードを基本モードとして動作し、波長数が変動した場合あるいは障害が発生した場合にＡＧＣモードで動作する。

図１５は、光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。光増幅器は、その起動時には、第１のＡＬＣモードで動作する。第１のＡＬＣモードは、比較的短い時定数が設定されている。そして、第１のＡＬＣモードにおいて、光増幅器への入力パワーが安定すると、ＡＧＣモードに遷る。なお、入力パワーは、受光素子５１ａにより検出される。

ＡＧＣモードにおいて、波長多重光の波長数が安定している場合は、第２のＡＬＣモードに遷る。なお、「波長数」は、監視制御信号により定期的に通知される。従って、通知される「波長数」が一定時間継続して同じであったときに、波長数が安定したものと判断される。

第２のＡＬＣモードは、長い時定数が設定されている。そして、第２のＡＬＣモードにおいて、（１）波長数の変動の通知を受信した場合、（２）監視制御信号の障害が発生した場合、（３）信号入力が停止した場合、または（４）障害（電源の一時停止など）が発生した場合に、ＡＧＣモードに遷る。

このように、実施形態の光増幅器は、その起動時には、比較的短い時定数を持った第１のＡＬＣモードで動作する。したがって、光増幅器の出力パワーは、その起動時に比較的短時間のうちに安定する。

図１６は、第１の実施例の制御フローを示す図である。ＡＬＣモードにおいては、光増幅器の出力パワー（すなわち、ＥＤＦ４１ｂの出力パワー）が目標出力パワーに一致するように可変減衰器４２における損失が調整される。このとき、可変減衰器４２における実際の損失が定期的に検出され、最新の検出値がＥＰ２ＲＯＭ７３に保持される。

ＡＧＣモードにおいては、ＥＰ２ＲＯＭ７３の更新が停止される。そして、可変減衰器４２における損失は、ＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている損失値データに一致するように固定される。

図１７は、ＡＬＣモード（図１５の「第２のＡＬＣモード」に相当する）において波長多重光の波長数が変動した場合の動作を説明する図である。ここでは、時刻Ｔ1 において波長多重光の波長数が減少したものとする。この場合、光増幅器の総入力パワー及び総出力パワーが低下する。ただし、１波当たりの出力パワーは変化しない。この後、ＡＬＣモードでは、光増幅器の総出力パワーが一定の値に保持されるように可変減衰器４２における損失が調整される。しかし、実施形態の光増幅器のＡＬＣ時定数は十分に長いので、光増幅器の総出力パワーの変化速度は非常に遅い。したがって、１波当たりの出力パワーは、ほぼ一定のままである。

続いて、時刻Ｔ2 において、監視制御信号により「波長数の変動」が通知されると、動作モードがＡＬＣモードからＡＧＣモードへ切り替えられる。ここで、波長多重光の波長数が変化してから監視制御信号により「波長数」が通知されるまでの時間（時刻Ｔ1 〜時刻Ｔ2 の期間）は、例えば、数１０ｍ秒程度である。これに対して、ＡＬＣ時定数は数秒程度である。したがって、波長数が変動してから動作モードが切り替えられるまでの期間に、可変減衰器４２における損失はほとんど変化せず、１波当たりの出力パワーもほとんど変化しない。

これに対して、もし、ＡＬＣの時定数が十分に長くなかったと仮定すると、図１８に示すように、波長数が変動してから動作モードが切り替えられるまでの期間に、１波当たりの出力パワーが変動してしまう。すなわち、図１８に示す例では、時刻Ｔ1 において波長多重光の波長数が変化すると、以降、光増幅器の総出力パワーは、比較的短い時間で時刻Ｔ1 以前のレベルに戻ろうとする。したがって、このＡＬＣ動作により、１波当たりの出力パワーも変動してしまう。

なお、ＡＬＣの時定数は、例えば、以下のようにして決定される。すなわち、まず、１波当たりの出力パワー変動の許容値を決定する。続いて、通信システムの構成、各光ノードにおける信号処理時間（３Ｒ動作を含む）などに基づいて、監視制御信号が各光ノードに伝達される時間の最大値を見積もる。そして、ＡＬＣの時定数は、波長数が変動した時から上述のようにして見積もられた最大時間が経過するまでの間に、１波当たりの出力パワーの変動が上記許容値を越えないように設定される。

また、光増幅器の特性は、周囲の温度が変化した場合や、光増幅器を構成する部品の経年劣化などにより変化する。しかし、これらの要因に起因する特性変化の速度は極めて緩やかである。例えば、数時間〜数年の間の１ｄＢ程度の変動が発生する程度である。したがって、ＡＬＣの時定数を数秒〜数１０秒程度に設定しても、これらの要因による出力パワー変動は抑えることができる。

図１７に戻る。時刻Ｔ2 において動作モードが切り替えられた後は、光増幅器はＡＧＣモードで動作する。ここで、実施形態の光増幅器のＡＧＣ時定数は、ＥＤＦの応答時間と比べて十分に短い。したがって、光増幅器の利得は、図８を参照しながら説明したように、一定の値に保たれる。すなわち、波長多重光の波長数が変化した場合であっても、１波当たりの出力パワーは変動しない。

これに対して、もし、ＡＧＣ時定数が十分に短くなかったと仮定すると、波長多重光の波長数が変化したときに、図１９に示すように、１波当たりの出力パワーが変動してしまう。すなわち、波長数の変化に伴って入力パワーが低下した時から励起光パワーが適切に調整されるまでの時間が、ＥＤＦの応答時間よりも長くなると、励起光パワーの調整が遅れてしまい、一時的にＥＤＦの利得が過大になってしまう。この結果、１波当たりの出力パワーが一時的に大きくなってしまう。すなわち、サージが発生してしまう。

図２０は、波長多重光の波長数が変化したときの、動作モードの遷移および１波当たりの出力パワーを示す図である。ここでは、時刻Ｔ1 において、波長多重光の波長数が「５」から「３」に減少したものとする。また、ＡＬＣモードにおいて、「波長数＝５」に対応する目標出力パワーは「５０」であり、「波長数＝３」に対応する目標出力パワーは「３０」であるものとする。なお、図２０において、光パワーは、単位のない数値で表されている。

時刻Ｔ1 以前は、光増幅器はＡＬＣモードで動作しており、総出力パワーは、「５０」に保持されている。このとき、１波当たりの出力パワーは、「１０」である。
時刻Ｔ1 において、波長多重光の波長数が「５」から「３」に減少すると、光増幅器の総出力パワーは、「５０」から「３０」に低下する。このとき、光増幅器は、ＡＬＣモードで動作している。したがって、ＤＳＰ７１は、時刻Ｔ2 において、波長数情報を含む監視制御信号を受信するまで、光増幅器の総出力パワーが「５０」に戻るように可変減衰器４２を調整していく。しかし、上述したように、実施形態の光増幅器のＡＬＣ時定数は十分に長いので、時刻Ｔ2 における光増幅器の総出力パワーは、ほぼ「３０」のままである。すなわち、時刻Ｔ1 〜時刻Ｔ2 の期間は、１波当たりの出力パワーは、ほぼ「１０」のままである。

時刻Ｔ2 において、光増幅器の動作モードがＡＬＣモードからＡＧＣモードに切り替わる。したがって、以降、ＥＰ２ＲＯＭ７３には、時刻Ｔ2 における可変減衰器４２の損失値が保持されることになる。

時刻Ｔ2 以降、光増幅器は、ＡＧＣモードで動作する。このとき、可変減衰器４２の損失は、ＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている値に従う。また、ＡＧＣモードでは、光増幅器の利得が一定に保持されるので、１波当たりの出力パワーは変化しない。すなわち、ＡＧＣモードで動作している期間は、１波当たりの出力パワーはほぼ「１０」のままであり、また、総出力パワーはほぼ「３０」のままである。

光増幅器がＡＧＣモードで動作している期間に、一定時間継続して同一の波長数情報（波長数＝３）が検出されると、時刻Ｔ3 において、動作モードがＡＧＣモードからＡＬＣモードに戻る。このとき、目標出力パワーは、受信した波長数情報に従って「３０」に設定される。一方、光増幅器がＡＧＣモードで動作している期間は、総出力パワーはほぼ「３０」のまま維持されている。すなわち、時刻Ｔ3 において、光増幅器の実際の総出力パワーは、ほぼ目標出力パワーに一致していることになる。したがって、時刻Ｔ3 以降、可変減衰器４２の損失値が大きく調整されることはない。よって、時刻Ｔ3 以降も、１波当たりの出力パワーはほぼ「１０」のままである。

このように、光増幅器から出力される波長多重光に含まれる各信号光の出力パワーは、その波長多重光の波長数が変化しても、ほぼ一定の値に維持される。すなわち、実施形態の光増幅器では、ＡＧＣ時定数を十分に短くするとともに、ＡＬＣ時定数を十分に長くしたので、光増幅器から出力される波長多重光に含まれる各信号光の出力パワーは、常に安定している。
＜第２の実施例＞
第２の実施例の光増幅器は、ＡＧＣモードを基本モードとして動作し、定期的にＡＬＣモードで動作する。

図２１は、光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。なお、光増幅器が起動されたときから、第１のＡＬＣモードを経てからＡＧＣモードに遷移するまでの手順は、第１の実施例と同じである。

ＡＧＣモードでは、可変減衰器４２における損失は、ＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている値に固定される。そして、ＡＬＣモードは、定期的にあるいは外部からの指示等により起動される。ＡＬＣモードでは、光増幅器の出力パワーが目標パワーに一致するように可変減衰器４２における損失が調整され、それに伴ってＥＰ２ＲＯＭ７３が更新される。したがって、動作モードがＡＧＣモードに戻った時に、可変減衰器４２における損失は適切に補正されている。

このように、可変減衰器４２における損失が適切に補正されるので、ＡＧＣモードで動作する場合であっても、出力パワーは安定している。
＜第３の実施例＞
第３の実施例の光増幅器は、第１の実施例と同様に、ＡＬＣモードを基本モードとして動作する。ただし、第３の実施例の光増幅器では、第１の実施例の第１のＡＬＣモード、第２のＡＬＣモード、ＡＧＣモードに加え、シャットダウンモードを備える。

図２２は、光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。ここで、第１のＡＬＣモード、第２のＡＬＣモード、ＡＧＣモードは、基本的に、第１の実施例と同じなので、説明を省略する。

第３の実施例では、ＡＧＣモードまたは第２のＡＬＣモードにおいて、(1) 信号入力が停止した場合、または(2) 障害（電源の一時停止など）が発生した場合に、シャットダウンモードに遷る。そして、シャットダウンモードにおいて、信号入力が再開すると、ＡＧＣモードに遷る。

図２３は、第３の実施例の制御フローを示す図である。ＡＬＣモードにおいては、光増幅器の出力パワーが目標出力パワーに一致するように可変減衰器４２における損失が調整される。このとき、可変減衰器４２における実際の損失が定期的に検出され、最新の検出値がＥＰ２ＲＯＭ７３に保持される。そして、入力信号が停止すると、シャットダウンモードに遷る。

シャットダウンモードにおいては、ＥＰ２ＲＯＭ７３の更新が停止される。さらに、ＥＤＦによる増幅動作が停止される。すなわち、励起光源の駆動を停止する。そして、信号入力が再開すると、ＡＧＣモードに遷る。

ＡＧＣモードにおいては、励起光源を駆動する。また、可変減衰器４２における損失は、ＥＰ２ＲＯＭ７３に保持されている損失値データに一致するように固定される。そして、所定時間経過後あるいは波長多重光の波長数が安定時点でＡＬＣモードに遷る。

このように、第３の実施例では、信号入力が停止すると、シャットダウンモードに遷り、増幅動作が停止する。このため、図１１に示す構成であっても、ＡＧＣ回路に「ゼロ」が入力されることはない。したがって、ＡＧＣ回路の動作が不安定になることが回避される。
＜第４の実施例＞
第４の実施例の光増幅器は、図２４に示すように、待機（ホットスタンバイ）モードを備える。

実施形態の通信システム内には、多数の光増幅器が存在するが、これらのうちの幾つかは、通常運用時には波長多重光が入力されず、プロテクション時においてのみ波長多重光が入力されることがある。この場合、これらの光増幅器は、通信システムが通常運用状態の場合は、待機モードに設定される。ここで、待機モードでは、通常の増幅動作が行われているときと比べて小さなパワーを持った励起光がＥＤＦに供給される。すなわち、待機モードでは、ＥＤＦは低いレベルに励起された状態になっている。そして、待機モードで動作している光増幅器に波長多重光が入力されると、その動作モードが即座にＡＧＣモードに遷る。このとき、ＥＤＦは既にある程度励起されているので、ＡＧＣモードによる増幅動作が開始されるまでの時間は短い。

なお、上述の実施形態の光増幅器では、ＥＤＦ４１ａおよびＥＤＦ４１ｂの利得が個別に制御されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、図２５に示すように、ＥＤＦ４１ａおよびＥＤＦ４１ｂの利得の和が一定になるように制御される構成であってもよい。この場合、ＥＤＦ４１ａおよびＥＤＦ４１ｂの利得の和は、この光増幅器全体の利得から、可変減衰器４２により損失分を差し引くことにより得られる。そして、励起光源５６ａ、５６ｂは、ＥＤＦ４１ａおよびＥＤＦ４１ｂの利得の和が一定の目標値になるように制御される。このような構成とすれば、利得のチルトが発生せず、前段増幅部（すなわち、ＥＤＦ４１ａ）において高出力が必要とされない。

また、上述の実施形態では、１組のエルビウム添加ファイバ光増幅器が設けられているが、それらの代わりにリニア光増幅器を用いてもよい。リニア光増幅器は、共振器の垂直方向にレーザ発振が行われる半導体アンプであって、その利得がクランプされるので、信号に対する利得が入力レベルに依らず一定の値に保持される。この場合、ＡＧＣ回路を不要とすることができるか、或いは、ＡＧＣ顔路の構成を簡略化できる。

さらに、上述の実施形態の光増幅器は、前段増幅部、後段増幅部、およびそれらの間に設けられる可変減衰器を含む構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、図２６（ａ）又は図２６（ｂ）に示すように、１つの増幅ユニットから構成される光増幅器にも適用される。

（付記１）光増幅媒体および光減衰器を含み、波長多重光を伝送する光通信システムにおいて使用される複数の光増幅器の中の任意の光増幅器であって、
上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、
当該光増幅器の出力レベルが、上記光通信システム内の各光増幅器に通知される制御信号に対応する値に保持されるように上記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路、を有し、
上記レベル制御回路の時定数が、上記制御信号が上記光通信システム内の各光増幅器に通知されるまでの時間よりも長いことを特徴とする光増幅器。

（付記２）光増幅媒体および光減衰器を含み、波長多重光を増幅する光増幅器であって、
上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、
当該光増幅器の出力レベルが一定の値に保持されるように上記光減衰器における損失を動的に制御する第１の動作モード、または、上記光減衰器における損失として上記第１の動作モードの終了時の損失値を固定的に設定する第２の動作モードを選択的に実行するレベル制御回路、
を有する光増幅器。

（付記３）付記１または２に記載の光増幅器であって、
上記利得制御回路の時定数が、上記光増幅媒体の応答時間よりも短い。

（付記４）付記１または２に記載の光増幅器であって、
上記利得制御回路は、
上記光増幅媒体の入力パワーおよび出力パワーを検出する検出手段と、
その検出手段により検出された入力パワーおよび出力パワーに基づいて、上記光増幅媒体の利得を算出する算出手段と、
その算出手段により算出された利得に従って上記光増幅媒体に供給すべき励起光のパワーを制御する励起光制御手段と、を有し、
上記算出手段は、上記入力パワーと、上記出力パワーから上記光増幅媒体において発生する自然放出光パワーを差し引いた値との比率に基づいて上記光増幅媒体の利得を算出する。

（付記５）光増幅媒体および光減衰器を含み、波長多重光を増幅する光増幅器であって、
上記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、
当該光増幅器の出力レベルが一定の値に保持されるように上記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路と、を有し、
上記利得制御回路が、
上記光増幅媒体の入力パワーおよび出力パワーを検出する検出手段と、
その検出手段により検出された入力パワーおよび出力パワーに基づいて、上記光増幅媒体の利得を算出する算出手段と、
その算出手段により算出された利得に従って上記光増幅媒体に供給すべき励起光のパワーを制御する励起光制御手段と、を有し、
上記算出手段が、上記光増幅媒体において発生する自然放出光パワーに対応する所定の値が加算された上記入力パワーと、上記出力パワーとの比率に基づいて上記光増幅媒体の利得を算出することを特徴とする光増幅器。

（付記６）付記１に記載の光増幅器であって、
上記レベル制御回路は、上記制御信号により波長多重光の波長数が変化したことが通知された時に、上記光減衰器における損失を固定する。

（付記７）付記６に記載の光増幅器であって、
上記レベル制御回路は、上記光減衰器における損失が固定されているときに波長多重光の波長数が安定すると、当該光増幅器の出力レベルが所定の値に保持されるように上記光減衰器における損失を制御する動作モードに戻る。

（付記８）付記１に記載の光増幅器であって、
上記レベル制御回路は、上記制御信号を所定時間継続して受信できなかった時に、上記光減衰器における損失を固定する。

（付記９）付記１に記載の光増幅器であって、
上記利得制御回路は、当該光増幅器に波長多重光が入力されていないときは、上記光増幅媒体の増幅動作を停止する。

（付記１０）付記１に記載の光増幅器であって、
上記レベル制御回路は、当該光増幅器の起動時には第１の時定数で動作し、以降は上記第１の時定数よりも長く且つ上記制御信号が上記光通信システム内の各光増幅器に通知されるまでの時間よりも長い第２の時定数で動作する。

（付記１１）付記１に記載の光増幅器であって、
上記レベル制御回路は、当該光増幅器の出力レベルが、波長多重光が当該光増幅器まで伝送されてくる間に累積したノイズを考慮して決まる値に保持されるように上記光減衰器における損失を制御する。

（付記１２）付記１に記載の光増幅器であって、
上記光増幅媒体が第１および第２の光増幅媒体から構成され、
上記利得制御回路は、上記第１および第２の光増幅媒体の利得の和を一定の値に保持する。

（付記１３）波長多重光を伝送する光通信システムにおいて使用される複数の光増幅器の中の任意の光増幅器であって、
入力レベルに依存することなく入力波長多重光を一定の利得で増幅する光増幅媒体と、
上記光増幅媒体の前段または後段に設けられる光減衰器と、
当該光増幅器の出力レベルが、上記光通信システム内の各光増幅器に通知される制御信号に対応する値に保持されるように上記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路を備え、
上記レベル制御回路の時定数が、上記制御信号が上記光通信システム内の各光増幅器に通知されるまでの時間よりも長いことを特徴とする光増幅器。

（付記１４）リング状に接続された複数の光ノードを含む波長多重光通信システムであって、
上記複数の光ノードが、それぞれ付記１に記載の光増幅器を備えることを特徴とする光通信システム。

（付記１５）波長多重光を伝送する伝送路上に複数の光増幅器が設けられた光通信システムであって、
上記複数の光増幅器がそれぞれ付記１に記載の光増幅器であることを特徴とする光通信システム。

本発明の実施形態の光増幅器が使用される光通信システムの一例の構成図である。 実施形態の光通信システムの制御系を説明する図である。 光ノードの構成図である。 障害が発生していない状態（非プロテクション状態）を示す図である。 障害が発生した状態（プロテクション状態）を示す図である。 本発明の実施形態の光増幅器の基本構成を示す図である。 光増幅媒体の応答時間を説明する図である。 ＡＧＣの時定数を説明する図である。 ＡＬＣの時定数を説明する図である。 実施形態の光増幅器の構成図である。 図１０に示した光増幅器の変形例である。 実施形態の光増幅器の具体的な構成を示す図である。 ＡＬＣモードの動作を説明する図である。 ＡＬＣモードの目標出力パワーを決定する方法を説明する図である。 第１の実施例の光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。 第１の実施例の制御フローを示す図である。 実施形態のＡＬＣモードの動作を説明する図である。 従来のＡＬＣモードの動作を説明する図である。 従来のＡＧＣモードの動作を説明する図である。 動作モードの遷移および１波当たりの出力パワーを示す図である。 第２の実施例の光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。 第３の実施例の光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。 第３の実施例の制御フローを示す図である。 第４の実施例の光増幅器の動作モードの遷移を示す図である。 他の実施形態の光増幅器の構成図である。 さらに他の実施形態の光増幅器の基本構成を示す図である。

符号の説明

１ 光ノード
１２ 制御回路
４１ａ、４１ｂ ＥＤＦ（エルビウム添加ファイバ）
４２ 可変減衰器
４３ａ、４３ｂ ＡＧＣ回路
４４ ＡＬＣ回路
５６ａ、５６ｂ 励起光源（ＬＤ）
６２ サンプルホールド回路
７１ ＤＳＰ
７２ ＲＯＭ
７３ ＥＰ２ＲＯＭ

Claims (1)

1. 複数のノード間で波長多重光を伝送する光通信システムにおいて使用される前記ノードに備えられた光増幅器を利用する増幅方法であって、
   前記光増幅器は、ＡＧＣ増幅器とＡＬＣ動作のための光減衰器とで構成され、ＡＧＣモードではＡＧＣ動作を、ＡＬＣモードではＡＬＣ動作をする光増幅器であって、前記各ノードにおいては、波長多重数を指示する制御信号が、各ノードにおいて電気信号に変換されて解釈され再び光信号に変換する動作を行ないながら次の光ノードに転送される前記光通信システムの上記複数のノードの中の任意のノードに設けられ、
   前記光増幅器は、
   波長多重光を増幅し、ＡＧＣ動作を行う光増幅媒体と、
   前記光増幅媒体の前段または後段に設けられて波長多重光を減衰させ、ＡＬＣ動作を行う光減衰器と、
   前記光増幅媒体の利得をモニタする第１のモニタ手段と、
   当該光増幅器の出力レベルをモニタする第２のモニタ手段と、
   前記光増幅媒体の利得を一定の値に保持する利得制御回路と、
   当該光増幅器の出力レベルが、他のノードから通知された前記制御信号が指示する波長多重数に対応する値に保持されるように、前記光減衰器における損失を制御するレベル制御回路、を有し、
   前記光増幅媒体は前記第１のモニタ手段のモニタ結果に基づいてＡＧＣ動作を行い、
   前記光減衰器は、前記ＡＬＣモードでは前記第２のモニタ手段のモニタ結果に基づいて前記制御信号で通知された波長数に応じたレベルを目標としてＡＬＣ動作を行い、前記ＡＧＣモードではＡＧＣモード中に取得した目標値にＡＬＣ動作を行い、
   前記制御信号を作成したノードがその制御信号を送信することで、前記各ノードにおいて、前記制御信号によって波長多重数の変動が通知された場合、前記ＡＬＣモードから前記ＡＧＣモードに移行するとともに、前記ＡＬＣモードにおいて、前記光増幅器の入力／出力レベルが変動した時から、出力レベルが保持すべき一定のレベルに戻るように前記光減衰器における損失が適切に調整されるまでの時間である前記レベル制御回路の時定数は、前記光増幅器の入力／出力レベルが変動した時から前記制御信号により波長数の変動が通知されるまでに要する時間よりも長い
   ことを特徴とする増幅方法。

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