以下、本発明の実施の形態を図面にもと� �いて説明する。
 (実施の形態1)

  第一の実施形態を図1に示す。光増幅器� ��、入力モニタ手段500、光増幅手段310、フィ� ��ドフォワード制御手段400で構成している。

 入力モニタ手段500は、TAP型の受光素子510� ��、トランスインピーダンスタイプ電気アン� ��回路(TIA)520とで構成している。また、入力� �の一部を光カプラで分岐し、入力光のレベ� �をモニタしてもよい。さらには、本光増幅� �よりも前段において分岐された入力光の一� �を光増幅器の入力モニタ手段(フォトダイオ� ��ド、TIA)に入力させることも可能である。

 また、WDMカプラで監視制御光を分離し、� ��の監視制御光処理部により、入力光レベル� ��等価的に表す電気信号を入力モニタ手段に� ��け渡すことにより、入力光のレベルをモニ� ��することも可能である。さらには、光増幅� ��前段で既に処理された監視制御光処理部か� ��の入力光レベルを等価的に表す電気信号を� ��力モニタ手段に受け渡すことにより、入力� ��のレベルをモニタすることも可能である。

 光増幅手段310は、光増幅媒体300としてEDF� ��用い、PUMP-LD320とPUMP-LDの駆動回路330で構成� �、PUMP-LD320を2台使用した例になっている。光 増幅手段は、EDFの他に半導体光増幅器デバイ スなども該当する。

 光増幅手段300の制御については、入力光� ��レベル変化に応じて、高速に光増幅手段300� ��駆動するために、入力側TIA520出力情報によ� ��PUMP-LD320をフィードフォワードで制御するが 、PID回路部403にて、制御信号をオーバシュー ト信号にして、PUMP-LD320を駆動している。

 この制御手段を構成する差動オペアンプ4 30では、+側の入力を設定することで、所望の 駆動電流でPUMP-LDを駆動できるので、利得設� �が可能になる。 

 次に、オーバシュート信号を用いたフィ� ��ドフォワード制御による高速化について、� ��細に説明する。まず、図2を用いて、一般的 なフィードフォワード制御とフィードバック 制御について説明する。

 一般的なフィードフォワード制御では、� ��御信号は、入力信号と相似形の駆動波形と� ��るだけであり、応答速度の遅いEDFの応答を� ��めることは不可能である。

 一方、一般的なフィードバック制御では� ��入力信号波形と応答の遅い出力信号波形と� ��差分が駆動波形になるので、一般的にはリ� ��ギングを持つ駆動波形になり、応答波形は� ��早くなる成分もあるが、リンギングが残り� ��安定レベルに収束するまでには、ある程度� ��時間を要する。この制御において、リンギ� ��グ発生を抑えるような時定数で制御すると� ��逆に、応答波形の応答速度を改善すること� ��できなくなる。

 図3は、フィードフォワード制御において 、オーバシュート信号を用いて、EDFを駆動す ることで、高速応答特性が得られる原理を示 したものである。

 制御手段からの制御信号が方形波の場合� ��EDFは、EFD固有の応答の遅い成分があるので� ��立ち上がりの遅い応答になる。所望のEDF応� ��振幅が得られる制御手段からの駆動信号レ� ��ルをレベル1とし、それよりも大きな駆動信 号レベルを2とする。このレベル2で駆動した� ��合には、図3に示すように、大きなEDF応答振 幅になる。

 制御信号をレベル2までオーバシュートさ せ、その後、レベル1に落ち着かせるような� �形にした場合、EDFは、レベル2に相当する応� ��で立ち上がり、その後、レベル1に相当する 応答振幅になる。従って、オーバシュートに より、EDFの応答を早めることが可能になる。

 図4は、制御信号のピークレベルと定常レ ベルの比率で定義されたオーバシュート量と 、EDFの応答振幅における早い成分の比率を実 験で求めた結果が示されている。オーバシュ ート量を高めることにより、EDFの応答速度が 改善される。

 これは、EDFの応答の遅い成分の比率が低� ��し、EDFの応答速度が早まる現象を示してい� ��が、オーバシュート量が120%以上になると飽 和傾向になる。このことは、120%以上にすれ� �、応答を早める効果が十分得られることを� �している。

 このオーバシュート量を生成するには、� ��えば、図9に示すように、入力信号に対する 比例要素(P)、微分要素(D)、積分要素(I)の3成� �の線形結合によって制御信号量が決定され� �PID回路があり、入力信号に対して、任意の� �形を生成することが可能である。

 この3要素における各々の回路定数を適時 調整することで、所望のオーバシュート制御 信号を作り出し、光増幅手段の制御信号をオ ーバシュート信号にすることで、光増幅手段 固有の遅い応答性能を改善することが可能に なる。

 さらには、入力に対するオーバーシュー� ��波形をメモリに記憶して、入力モニタ値を� ��み込み、必要なオーバーシュート波形をメ� ��リから引き出し、制御信号に変換するデジ� ��ル方式も可能である。

 次に、図1で示した構成における条件と実験 結果について説明する。適用したEDFは、エイ ビウム濃度が7.9×10 ²⁴ m ^-3 、長さ15mであり、典型的なEDFである。

 PUMP-LDの波長は0.98μmで、パワーは一台あ� �り、+23.5dBmであり、前方、後方の両励起とし た。なお、このPUMP-LDを駆動する電流は、定� �値370mAで、140%のオーバシュート電流とした� �その際のEDFの応答特性は、図4記載のオーバ� ��ュート140%のデータである。増幅器全体の利 得は25dBに設定した。

 この条件での応答特性の測定結果は、図4 におけるオーバシュート量140%の時の応答波� �である。

 測定には、波長1550μmの光源を用い、-14dBm の基準レベルに対して、-8dBmにステップ状に� ��入力が増大する入力とした。これは、入力� ��振幅変動幅としては、6dBとなる。この変動� ��は、光増幅器へのWDM入力光数が4倍にステッ プ的に変動する状態を模擬したものである。

 図からわかるように、10%―90%で定義した立� ��上がり時間を10マイクロ秒に高速化できて� �ることがわかる。
(実施の形態2)

 第二の実施形態を図5に示す。光増幅器は 、入力モニタ手段500、光増幅手段310、フィー ドフォワード制御手段400、高速出力可変手段 610、出力光モニタ手段700、フィードバック制 御手段800で構成している。入力モニタ手段500 は、TAP型の受光素子510と、トランスインピー ダンスタイプ電気アンプ回路(TIA)520とで構成� ��ている。

 光増幅手段310は、光増幅手段300としてEDF� ��PUMP-LD320とPUMP-LDの駆動回路330で構成し、PUMP- LD320を2台使用した例になっている。

 出力光モニタ手段700は、入力光モニタ手� ��500と同様の構成である。

 高速出力可変手段610は、高速可変光減衰� ��(VOA)620とVOA駆動回路630で構成している。な� �、高速出力可変手段としては、半導体増幅� �などの高速可変増幅器でもかまわない。

 次に、図6を用いて、高速出力可変手段を 用いて、応答特性の高速化を実現する原理を 説明する。高速出力可変手段により、EDFの応 答の遅い成分(図中、四角で囲った部分)を除� ��し、応答波形を方形波に整形することで、E DF本来の立ち上がりの早い成分だけが残り、1 マイクロ秒以下の応答速度が実現できる

 光増幅手段300の制御については、入力光� ��レベル変化に応じて、高速に光増幅手段300� ��駆動するために、入力側TIA520出力情報によ� ��PUMP-LD320をフィードフォワードで制御するが 、PID回路部403にて、制御信号をオーバシュー ト信号にして、PUMP-LD320を駆動している。

 この制御手段を構成する差動オペアンプ4 30では、+側の入力を設定することで、所望の 駆動電流でPUMP-LDを駆動できるので、EDFのが� �能になる。 

 高速可変光減衰器(VOA)620の制御は、入力� �TIA520出力情報と出力側TIA521出力情報の差分� �号により、VOA620をフィードバックで制御し� �いる。

 なお、フィードバック制御手段800内のPID� ��路部405にて、VOA620の駆動信号をオーバシュ� ��ト信号することも可能である。

 さらに、出力側TIA521出力情報を元に出力� ��一定レベルとなるようにVOA520をフィードバ� ��ク制御するオートレベルコントロールも可� ��である。また、VOA520の直前にVOA入力光モニ� ��を挿入して、前記VOA入力光モニタから得ら� ��る光強度信号により、VOA520のフィードフォ� ��ワード制御も可能である。さらには、前記V OA520のフィードフォーワード制御におけるVOA6 20の駆動信号を、オーバシュート信号とする� ��とも可能である。

 次に、VOAのドライブ回路について説明す� ��。図7は、VOAのドライブ回路の一例を示して いる。二つの同一回路がたて積みになってお り、+側、-側での駆動電圧をVOA両端に印加す� ��ことで、大振幅駆動を実現している例であ� ��。 使用デバイスは、市販されている大電� �トランジスタとして、図中記載の2SC3423,2SA136 0を用いている。

 図8は、本回路での駆動波形のシミュレー ション波形を示している。ただし、+側の回� �のみの結果であるが、-側も同等で極性の異� ��る結果が得られているので、VOA印加振幅と� ��ては、40Vになる。このシミュレーション結� ��より、1マイクロ秒以下のドライブ出力は、 高々40Vが限界であることがわかる。

 従って、VOAとしては、駆動電圧が40V以下� ��、高速応答性能を有するものが必要になる� ��とがわかる。

 従って、高速性能を有する点で、電気光� ��型が有力であり、更に、40V以下に低電圧化� ��れたものとして、例えば、国際公開番号WO/2 005/121876のPLZTタイプの高速VOAが有力である。

 VOAとしては、電気光学型の例を示したが� ��入力光を減衰出力し、駆動信号を与えるこ� ��により減衰量を可変し、駆動信号を与える� ��後で6dBの変動を10マイクロ秒以下で可変す� �高速応答性能であれば、メカニカル型、MEMS� ��、磁気光学型、液晶型、電界吸収型、熱光� ��型などいずれの原理でもかまわない。

 この構成により、方形波の入力光に応じ� ��、高速にPUMP-LD320が駆動され、応答の早い成 分と遅い成分を持つEDF350の出力波形が得られ る。このEDF350の応答速度の遅い成分がVOA620に より除去され、出力光20は方形波に整形され� ��所望の高速応答が得られることになる。

 一方、VOA620で削除する対象である応答の� ��い成分の量が減少するので、VOA620の駆動電� ��が低減し、VOA620の応答速度を高めることが� ��きる。これらの相乗効果により、出力波形� ��整形し、1マイクロ秒以下の応答が得られる ことになる。

 図5で示した構成における条件と実験結果に ついて説明する。適用したEDFは、エイビウム 濃度が7.9×10 ²⁴ m ^-3 、長さ15mであり、典型的なEDFである。

 PUMP-LDの波長は0.98μmで、パワーは一台あ� �り、+23.5dBmであり、前方、後方の両励起とし た。なお、このPUMP-LDを駆動する電流は、定� �値370mAで、140%のオーバシュート電流とした� �その際のEDFの応答特性は、図4記載のオーバ� ��ュート140%のデータである。

 VOAには、駆動電圧振幅30V、応答速度1マイ クロ秒以下のものを適用した。なお、増幅器 全体の利得は20dBに設定した。

 この条件での応答特性の測定結果を図10� �図11に示す。図10は立下り部分で、図11は立� �り部分の応答特性である。

 測定には、波長1550μmの光源を用い、-14dBm の基準レベルに対して、-5dBm、-8dBm、-11dBmに� �テップ状に光入力が増大する3種類の入力と� ��た。これは、入力光振幅変動幅としては、� ��々9dB、6dB、3dBとなり、図中の応答波形レベ� ��に対応している。この変動幅は、光増幅器� ��のWDM入力光数が、8倍、4倍、2倍にステップ� ��に変動する状態を模擬したものである。

 図からわかるように、各々の入力光の変� ��幅において、立上り、立下り応答時間とも1 マイクロ秒以下の高速特性が得られている。

 なお、本発明は、上述した実施形態に限� ��されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲にお� ��る変形による実施は可能である。