光放大控制装置、半导体光放大器控制方法及光传送设备
阅读：3发布：2020-11-03
专利汇可以提供光放大控制装置、半导体光放大器控制方法及光传送设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种光放大控制装置，由 半导体 光 放大器 、 温度 调整单元和光增益控制单元形成，所述温度调整单元调整所述 半导体 光放大器 的温度，所述光增益控制单元通过控制所述温度调整单元来调整所述 半导体光放大器 的温度，并且使所述半导体光放大器的光增益变动。因而，即使输出光强度(放大光的强度)增加，也能够抑制图案效应。，下面是光放大控制装置、半导体光放大器控制方法及光传送设备专利的具体信息内容。
1.一种光放大控制装置，包括：
半导体光放大器；
温度调整单元，调整所述半导体光放大器的温度；以及
光增益控制单元，通过控制所述温度调整单元来调整所述半导体光放大器的温度，并且使所述半导体光放大器的光增益变动。
2.根据权利要求1所述的光放大控制装置，还包括：
驱动单元，将驱动电流施加到所述半导体光放大器；
其中，所述光增益控制单元通过控制所述驱动单元和所述温度调整单元而使所述半导体光放大器的光增益变动。
3.根据权利要求2所述的光放大控制装置，
其中，基于预计在所述半导体光放大器中生成的光增益的目标值，所述光增益控制单元确定所述驱动电流和所述温度，并且基于所确定的驱动电流和温度来控制所述驱动单元和所述温度调整单元。
4.根据权利要求3所述的光放大控制装置，
其中，所述光增益控制单元通过控制所述驱动单元和所述温度调整单元而使光增益变动，之后基于所述半导体光放大器的输出重新设定所述温度调整单元的温度，并且基于所述驱动电流和重新设定的温度通过重新控制所述驱动单元和所述温度调整单元而使所述半导体光放大器的光增益再次变动。
5.根据权利要求3或4所述的光放大控制装置，
其中，所述光增益的目标值是预计从所述半导体光放大器输出的输出光强度与入射到所述半导体光放大器的输入光的光强度之比。
6.根据权利要求3至5中任一权利要求所述的光放大控制装置，
其中，所述光增益控制单元包括：
存储器，为光增益的每个值存储驱动电流信息和温度信息，以及
其中，通过参照所述存储器，所述光增益控制单元基于与所述光增益的目标值对应的所述驱动电流信息和温度信息来确定所述驱动电流和所述温度。
7.根据权利要求6所述的光放大控制装置，
其中，关于入射到所述半导体光放大器的输入光的每一个波长带，所述存储器为光增益的每个值存储所述驱动电流信息和温度信息。
8.根据权利要求6或7所述的光放大控制装置，
其中，所述存储器为光增益的每个值存储不同的温度信息。
9.根据权利要求8所述的光放大控制装置，
其中，所述存储器为光增益的每个值存储相同的驱动电流信息。
10.根据权利要求8所述的光放大控制装置，
其中，所述存储器为光增益的每个值存储不同的驱动电流信息。
11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的光放大控制装置，
其中，所述温度调整单元是热电冷却器件，该热电冷却器件上安装有所述半导体光放大器。
12.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的光放大控制装置，
其中，所述温度调整单元是加热器和热电冷却器件，该加热器设置在所述半导体光放大器上，该热电冷却器件上安装有所述半导体光放大器。
13.根据权利要求12所述的光放大控制装置，
其中，所述加热器形成为使得所述半导体光放大器中的光的入射端和出射端的内侧能够被加热到比所述入射端和出射端高的温度。
14.一种光传送设备，包括：
光放大控制装置，其具有：
半导体光放大器；
温度调整单元，调整所述半导体光放大器的温度；以及
光增益控制单元，通过控制所述温度调整单元来调整所述半导体光放大器的温度，并且使所述半导体光放大器的光增益变动；
其中，所述光放大控制装置执行入射光信号的放大和出射光信号的放大中的一种或两种。
15.根据权利要求14所述的光传送设备，包括：
多个所述光放大控制装置；以及
生成并输出光信号的光发送器，和接收并合成光信号的光接收器；
其中，从所述光发送器输出的所述光信号在被一个光放大控制装置放大之后被输出，而所述入射光信号在被另一个光放大控制装置放大之后被所述接收器接收。
16.一种半导体光放大器的控制方法，包括：
光增益控制过程，用于通过使半导体光放大器的温度变动来调整所述半导体光放大器的光增益。
17.根据权利要求16所述的半导体光放大器的控制方法，
其中，所述光增益控制过程在将驱动电流施加到所述半导体光放大器时使所述温度变动。
18.根据权利要求17所述的半导体光放大器的控制方法，
其中，基于预计通过所述半导体光放大器生成的光增益的目标值，所述光增益控制过程确定所述驱动电流和所述温度，并且在将所确定的电流施加到所述半导体光放大器时将所述半导体光放大器调整到所确定的温度。
19.根据权利要求18所述的半导体光放大器的控制方法，
其中，在调整所述半导体光放大器的光增益之后，进一步地，基于所述半导体光放大器的输出重新调整所述半导体光放大器的温度，从而重新调整所述半导体光放大器的光增益。
20.根据权利要求18或19所述的半导体光放大器的控制方法，
其中，对于光增益的每个值，通过参照存储驱动电流信息和温度信息的存储器，基于与所述光增益的目标值对应的所述驱动电流信息和温度信息来确定所述驱动电流和所述温度。
光放大控制装置、半导体光放大器控制方法及光传送设备
技术领域
背景技术
[0002] 迄今为止，以容量大且速度高为特征的光通信技术已经被广泛用于主干网的实施。
[0003] 近年来，随着通信需求的显著增加，光通信技术开始用于城市区域内的接入网(即城域接入网(metro access network))的实施。
[0004] 此外，已开始将光通信技术应用于安装在同一室内的多个信息处理装置(例如，服务器)之间的数据传送(所谓的数据通信)。
[0005] 在这种城域接入网与数据通信中，使用大量的光学器件(半导体激光器、光接收器、光放大器等)来实施这些网络。因此，为了推动城域接入网与数据通信的发展，降低安装有这些光学器件的模块的尺寸与成本是很重要的。
[0006] 光放大器是实施光网络的必要光学器件。作为光放大器，光纤放大器已付诸实用并且用于主干网络中。但是，光纤放大器模块(具有光纤放大器及其控制装置的一体化结构)具有复杂的构造，这样就难以实现小型化与低成本。
[0007] 相反，对于半导体光放大器模块(具有半导体光放大器(下文缩写为SOA)及其控制装置的一体化结构)而言，易于实现小型化与低成本。
[0008] 因此，人们正在研究使用半导体光放大器模块的下一代接入网络与数据通信的实施。
[0009] 作为在光通信中使用光放大器的方式，有两种方式，即恒定输出控制(自动功率控制；APC)与恒定增益控制(自动增益控制；AGC)。
[0011] 恒定增益控制是一种光放大器的控制方法，用于以连续恒定增益来放大输入光，而不管输入光的偏振方向和波长的变动。输入光的偏振方向的变动因素有光纤传送路径的状态变化。另外，输入光波长的变动因素有光源处的波长切换等等。
[0012] 在任何一种控制模式中，都是通过与输入光的变动同步地调整半导体光放大器的增益而实现期望的控制(APC或AGC)。
[0013] 半导体光放大器的增益随着供给该半导体光放大器的电流(驱动电流)的大小而变动。驱动电流越大，光增益变得越大；而驱动电流越小，光增益变得越小。利用上述特性，调整半导体光放大器的增益，进而实现如APC等控制。
[0014] 另外，为了使如半导体光放大器和半导体激光器等半导体光学器件工作，有必要控制器件温度。这种温度控制通过上面安装有半导体光学器件的热电冷却器件(珀尔帖器件)、或者被安装在半导体光学器件上的加热器来实行。
[0016] 专利文献2：日本特开专利公开No.2000-232251。
[0017] 专利文献3：日本特开专利公开No.2002-237784。
[0018] 专利文献4：日本特开专利公开No.2003-23208。
发明内容
[0019] 本发明要解决的问题
[0020] 但是，当驱动电流变动时，半导体光放大器的饱和光输出功率也会与光增益的变动同时变动。
[0021] 当驱动电流以恒定的状态放大光时，在输入光的光强度小时光增益的大小是恒定的。但是，当输入光的光强度变得较大时，光增益会逐渐减小。结果，使输出光的光强度饱和。此时的值是饱和光输出功率。
[0022] 与光增益类似，半导体光放大器的饱和光输出功率也在驱动电流增加时增加，在驱动电流减小时减小。
[0023] 现在，当半导体光放大器的光输出功率增加并且接近饱和光输出功率时，半导体光放大器变得无法跟随高速(例如1GHz以上)变动的输入光。结果，发生了所谓的图案效应(pattern effect)，在该图案效应中，半导体光放大器的输出光(下文称为放大光)的波形变形了。对于半导体光放大器而言，使光信号的波形变动的图案效应是必须避免的重要问题。
[0024] 为了避免图案效应，使半导体光放大器工作在比饱和光输出功率值小得多的输出水平(level)处是有效的。
[0025] 但是，如前所述，当半导体光放大器的驱动电流变动以使光增益变动时，也会使饱和光输出功率同时变动。因此，为了防止图案效应的发生，有必要使半导体光放大器工作在比变动的饱和光输出功率值的最小值小得多的输出水平处。
[0026] 结果，如果预计通过半导体光放大器来放大高速光信号(例如1GHz以上)，则会不可避免地将输出水平限制为较小的值。
[0027] 因此，本光放大控制装置的目的是提供一种光放大控制装置，对于高速光信号(例如1GHz以上)而言，该光放大控制装置能够在抑制(或避免)图案效应的同时增加输出光强度(放大光的强度)。
[0028] 解决问题的方案
[0029] 为了实现上述目的，光放大控制装置包括：半导体光放大器；温度调整单元，调整所述半导体光放大器的温度；以及光增益控制单元，通过控制所述温度调整单元来调整所述半导体光放大器的温度，并且使所述半导体光放大器的光增益变动。
[0030] 本发明的效果
[0032] 图1是示出通过使驱动电流变动来调整半导体光放大器的增益的光放大控制装置的构造的框图(相关技术)。
[0033] 图2是示出半导体光放大器(SOA)被安装在热电冷却器件(珀尔帖器件)上的状态的示图。
[0034] 图3是示出SOA的光增益相对于驱动电流的变动的示图。
[0035] 图4是示出SOA的饱和光输出功率相对于驱动电流的变动的示图。
[0036] 图5是示出根据实施例1的光放大控制装置的构造的框图。
[0037] 图6是根据实施例1记录在光增益控制单元中的查找表(lookup table)的一个实例。
[0038] 图7是示出在实施例1中使用的SOA的光增益相对于器件温度的变动的示图。
[0039] 图8是根据实施例1的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程(procedure)的概要。
[0040] 图9是根据实施例1的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程。
[0041] 图10是示出在实施例1中使用的SOA的饱和光输出功率相对于器件温度的变动的示图。
[0042] 图11是示出当SOA 2的器件温度在驱动电流(J)以饱和光输出功率变为恒定值(15.5dBm)的方式变动的同时变动时，饱和光输出功率的器件温度依赖性的示图。
[0043] 图12是示出当SOA 2的器件温度在驱动电流(J)以饱和光输出功率变为恒定值(15.5dBm)的方式变动的同时变动时，光增益的器件温度依赖性的示图。
[0044] 图13是根据实施例2在光增益控制单元中记录的查找表的一个实例。
[0045] 图14是根据实施例2的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程(第1部分)。
[0046] 图15是根据实施例2的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程(第2部分)。
[0047] 图16是根据实施例3的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程。
[0048] 图17是根据实施例4在光增益控制单元中记录的查找表的一个实例。
[0049] 图18是根据实施例4的流程图，示出将要在光放大控制装置中执行的半导体光放大器的控制过程(第1部分)。
[0050] 图19是根据实施例4的流程图，示出将要在光放大控制装置中执行的半导体光放大器的控制过程(第2部分)。
[0051] 图20是示出根据实施例5的光放大控制装置的构造的示图。
[0052] 图21是示出根据实施例5的冷却/加热单元的构造的平面图。
[0053] 图22是图20中图示的线A-A从箭头方向看的横截面图。
[0054] 图23是图20中图示的线B-B从箭头方向看的横截面图。
[0055] 图24是根据实施例5在光增益控制单元中记录的查找表的一个实例。
[0056] 图25是根据实施例5在光增益控制单元中记录的查找表的另一个实例。
[0057] 图26是根据实施例5的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程的一个实例(第1部分)。
[0058] 图27是根据实施例5的流程图，示出光放大控制装置中的半导体光放大器的控制过程的一个实例(第2部分)。
[0059] 图28是示出根据实施例5的冷却/加热单元的构造的平面图。
[0060] 图29是图20中图示的线A-A从箭头方向看的横截面图。
[0061] 图30是示出根据实施例7的光传送设备(收发器)的构造的框图。
[0062] 其中，附图标记说明如下：
[0063] 2：半导体光放大器
[0064] 4：光放大控制装置(驱动电流控制型)
[0065] 6：热电冷却器件
[0067] 10：温度控制单元
[0068] 12：输入光
[0069] 14：输入端
[0070] 16：输出光
[0071] 18：输出端
[0072] 20：输入侧分光器
[0073] 22：输出侧分光器
[0074] 24：输入侧光检测器
[0075] 26：输出侧光检测器
[0076] 28：SOA驱动单元
[0077] 30：光增益控制单元
[0078] 31：查找表
[0079] 32：光放大控制装置(实施例1)
[0080] 33：有源层
[0081] 34：光增益控制单元(实施例1)
[0082] 35：查找表(实施例1)
[0083] 36：加热/冷却单元
[0084] 38：外部控制信号
[0085] 40：光放大控制装置(实施例2)
[0086] 42：光放大控制装置(实施例2)
[0087] 44：查找表(实施例2)
[0088] 46：光放大控制装置(实施例3)
[0089] 48：光增益控制单元(实施例3)
[0090] 50：查找表(实施例3)
[0091] 52：光放大控制装置(实施例4)
[0092] 54：光增益控制单元(实施例4)
[0093] 56：查找表(实施例4)
[0094] 58：光放大控制装置(实施例5)
[0095] 60：加热器
[0096] 62：冷却/加热单元(实施例5)
[0097] 64：加热器驱动单元
[0098] 66：光增益控制单元(实施例5)
[0099] 68：查找表(实施例5)
[0101] 72：n型InP基板
[0102] 74：上部覆层
[0103] 76：电极层
[0104] 78：第二电极
[0105] 80：抗反射膜
[0106] 82：第一p型InP层
[0107] 84：n型InP层
[0108] 86：第二p型InP层
[0109] 88：p-n-p电流阻挡层
[0110] 90：绝缘膜
[0111] 92：加热器主体
[0112] 94：加热器电极
[0113] 96：光的入射端
[0114] 98：光的出射端
[0115] 100：加热器(分割加热器)
[0116] 102：光输入端侧加热器
[0117] 104：内部加热器
[0118] 106：光输出端侧加热器
[0119] 108：光传送设备
[0120] 110：输出光信号
[0121] 112：光发送器
[0122] 114：入射光信号
[0123] 116：光接收器
[0124] 118：第一光放大控制装置
[0125] 120：第二光放大控制装置
[0126] 122：发送数据信号(电信号)
[0127] 124：接收数据信号(电信号)
[0128] 126：控制单元
[0129] 128：外部控制信号
[0130] 130：光波长过滤器
具体实施方式
[0132] [驱动电流控制型光放大控制装置]
[0133] 首先，将描述通过使驱动电流变动来控制半导体光放大器的增益的光放大控制装置(下文称为驱动电流控制型光放大控制装置)。
[0134] (1)装置的构造
[0135] 图1是示出通过驱动电流的变动来调整半导体光放大器(SOA)2的增益的光放大控制装置(光放大器模块)4的构造的框图。图2是示出SOA 2被安装在热电冷却器件6(珀尔帖器件)上的状态的示图。这里，即使在不同的附图中，也可以将相同符号添加到每一个对应的部分，之后，将省略其说明。
[0136] 如图1所示，光放大控制装置4包括：SOA 2；热电冷却器件(珀尔帖器件)6，其上安装SOA 2；以及温度传感器8，附连到热电冷却器件6。光放大控制装置还包括：温度控制单元10，使用温度传感器8的输出作为反馈信号对SOA 2的温度进行反馈控制；以及SOA驱动单元28(电源)，用于驱动SOA 2。
[0137] 此外，光放大控制装置4包括：输入端14，输入光12入射到该输入端14；以及输出端18，用于将输出光16输出。另外，光放大控制装置4包括：输入侧分光器(optical splitter)20，用于使输入光12的一部分分束；以及输出侧分光器22，用于使SOA 2的放大光的一部分分束。
[0138] 此外，光放大控制装置4包括：输入侧光检测器24，用于通过接收被输入侧分光器20分束的输入光12来监视输入光的强度；以及输出侧光检测器26，用于通过接收被输出侧分光器22分束的放大光来监视放大光的强度。
[0139] 此外，光放大控制装置4包括：光增益控制单元30，用于接收输入侧光检测器24的输出与输出侧光检测器26的输出，并且基于上述结果来控制SOA驱动单元28。
[0141] 这里，如图2所示，SOA 2安装在热电冷却器件6上，温度传感器8安装在紧邻SOA2的位置处。因此，可将温度传感器8所检测到的温度视为SOA 2的温度。
[0142] 现在，在半导体光放大器(SOA)中，通常使调制后的信号光入射。因此，除另有说明外，去往/来自半导体光放大器的输入光(待放大光)与输出光(放大光)是具有重复的ON与OFF的调制光。另外，当提及半导体光放大器的输入光(或输出光)的光强度时，除另有说明外，该光强度表示在比调制周期长得多的时间范围(例如1ms至1s)内的瞬时光强度的平均值。
[0143] (2)工作
[0144] 接着，将根据半导体光放大器(SOA 2)的控制方法来描述光放大控制装置4的工作。这里，描述进行SOA 2的APC控制的情形。
[0145] 首先，温度控制单元10检测温度传感器8的输出，并且通过使用其输出作为反馈信号对热电冷却器件6进行反馈控制。如前所述，可以将温度传感器8所检测的温度视为SOA 2的温度。因此，通过温度控制单元10的反馈控制，使SOA 2的温度保持(retain)在恒定值(例如25℃)(步骤1)。
[0146] 接着，从外部控制信号中，光增益控制单元30读取将要从SOA 2输出的放大光的输出光强度的目标值Itg(平均值)。
[0147] 另外，光增益控制单元30检测输入侧光检测器24的输出，并且基于其输出来检测入射到SOA 2的待放大光的光强度Iin(平均值)(步骤2)。
[0148] 接着，根据放大光的输出光强度的目标值Itg与待放大光的光强度Iin之比(＝Itg/Iin)，光增益控制单元30确定将要在SOA 2中产生的光增益的目标值gtg(步骤3)。
[0149] 接着，通过参照查找表31，光增益控制单元30确定与上述光增益的目标值gtg对应的驱动电流J(将要供给SOA 2)(步骤4)。
[0150] 接着，通过命令SOA驱动单元28将驱动电流J供给SOA 2，光增益控制单元30将驱动电流J供给SOA 2(步骤5)。
[0151] 通过上述过程，从SOA 2输出光强度与目标值Itg基本上一致的放大光。
[0152] 接着，光增益控制单元30检测输出侧光检测器26的输出，并且基于其输出来检测从SOA 2输出的放大光的光强度Iout(平均值)。
[0153] 通过使用上述放大光的光强度Iout作为反馈信号，光增益控制单元30以放大光的光强度Iout与目标值Itg一致的方式对SOA 2的驱动电流进行反馈控制。与此同时，通过SOA驱动单元28供应SOA 2的驱动电流。上述反馈控制继续，直到通过外部控制信号向光增益控制单元30发出停止命令为止(步骤6)。
[0154] 通过上述反馈控制，其值接近于步骤5中的目标值Itg的放大光的强度变为与目标值Itg基本上一致。此外，即使输入光12的强度变动，也可将放大光的光强度维持在目标值Itg。
[0155] 接着，将通过参照SOA 2的放大特性等来描述驱动电流控制型光放大控制装置的工作。
[0156] 图3是示出SOA 2的光增益(输入光与输出光之间的强度比)相对于驱动电流的变动的示图。横轴是驱动电流，纵轴是光增益。横轴的单位是mA，纵轴的单位是dB。
[0157] 测量所使用的SOA是行波半导体光放大器，其具有由形成在InP基板上的InGaAsP多重量子阱组成的有源层。增益的峰值波长在1480nm附近。测量温度是25℃。驱动电流在50mA至300mA的范围内变动。这里，驱动电流的最大值300mA在被转换成电流密度后是2
15-20kA/cm。
15-20kA/cm。
[0158] 增益测量所使用的输入光的波长是1550nm，并且极化偏振方向是TE(横向电(Transverse Electric))方向。另外，输入光(待放大光)是连续波光(continuous wave light)。光增益的测量通过使用光强度低的输入光来实行，这种光强度低的输入光不会在待测量的SOA中引起增益饱和。另外，基本上，无论输入光是连续波光还是调制光，SOA放大特性都不会变化。
[0159] 虽然因为纵轴是以对数刻度来表示的，所以从图3难以直接理解，但是在驱动电流小时光增益超线性地增加，在驱动电流变大时光增益饱和。
[0160] 这样，光增益随着驱动电流的增加而增加，随着驱动电流的减小而减小。通过使用这种特性，光增益控制单元30对SOA 2的光增益进行反馈控制。
[0161] 即，当放大光强度小于目标值Itg时，光增益控制单元30就通过增加驱动电流来增加光增益。另一方面，当放大光强度大于目标值Itg时，光增益控制单元30就通过减小驱动电流来减小光增益。通过重复上述操作，放大光强度接近目标值Itg。
[0162] 另外，反馈控制使用放大光的光强度的平均值作为反馈信号来实行。此外，输入光12的标记占空比(mark ratio)通常维持恒定。因此，不仅放大光强度的平均值维持恒定，而且其峰值也维持恒定。
[0163] (3)问题
[0164] 接着，将描述驱动电流控制型光放大控制装置的问题。这里，将对光放大控制装置执行APC控制(即维持输出光强度恒定)时产生的问题进行描述。但是，光放大控制装置执行AGC控制时也存在类似的问题。
[0165] 当入射到SOA的光强度变大时，通过受激发射(光放大)减小在SOA的有源层上形成反转分布的载流子(carrier)密度，从而使得放大光强度饱和。因此，与非饱和的情形相比，在使放大光饱和或几乎饱和的状态下，SOA的有源层中的载流子密度降低了。
[0166] 在这种状态下，一旦光被遮断(intercept)，载流子密度就开始增加。之后，当再次将光入射到SOA时，增加的载流子密度通过受激发射开始再次减少。这种载流子密度的变动会引起SOA光增益的变动。结果，使放大光的波形发生变形。这种放大光的波形变形(所谓的图案效应)在光信号的周期接近载流子寿命的时间常数τs时变得显著。
[0167] 时间常数τs通常在不到1ns与几个ns之间。因此，图案效应在1GHz以上时显著。
[0168] 因此，在处理比特率为1GHz以上的光信号的高速光通信中，抑制图案效应是不可避免的技术课题。
[0169] 为了避免图案效应，通过抑制放大光的强度来抑制有源层中的载流子密度的减少是有效的。
[0170] 例如，在放大特性如图3所示的SOA中，当输入一个标记占空比为50％的调制光后，如果使放大光强度(平均强度)比饱和光输出功率(当输入连续波光时饱和光输出功率的连续波值)低5dB，则将图案效应抑制到在实际使用中不会引起问题的程度(level)。下文中，除特别提及外，调制光的标记占空比设定为50％。
[0171] 现在，将通过使用放大特性如图3所示的SOA作为实例来典型地描述避免图案效应的方法。
[0172] 这里，将考虑如下情形，即通过参照查找表31，光增益控制单元30使SOA 2的增益在8dB至12.5dB的范围内变动。
[0173] 当光增益控制单元30预计参照查找表31在SOA 2中生成8dB的光增益时，光增益控制单元30就命令SOA驱动单元28将100mA的驱动电流注入到SOA 2中(参照图3)。同时，为了在SOA 2中生成12.5dB的光增益，光增益控制单元30命令SOA驱动单元28将
300mA的驱动电流注入到SOA2中(参照图3)。即，注入到SOA 2的驱动电流在100mA与
300mA之间变动。
300mA的驱动电流注入到SOA2中(参照图3)。即，注入到SOA 2的驱动电流在100mA与
300mA之间变动。
[0174] 图4是放大特性如图3所示的SOA的饱和光输出功率(输入连续波光时的饱和光输出功率值)相对于驱动电流的变动的示图。测量条件与图3所示的测量时的条件相同。图4中的实线图示的曲线表示饱和光输出功率的变动。虚线图示的曲线表示比饱和光输出功率(实线)低5dB的级别。
[0175] 图4中的横轴是驱动电流，纵轴是饱和光输出功率。这里，横轴的单位是mA，纵轴的单位是dBm。虽然因为纵轴是以对数刻度来表示的，所以从图4难以直接显见，但是饱和光输出功率基本上随着驱动电流线性地变动。
[0176] 如上所述，注入到SOA 2的驱动电流在100mA与300mA之间变动。此时，SOA 2的饱和光输出功率与驱动电流成比例地在10dBm与15dBm之间变动，如图4所示。
[0177] 为了避免光信号中的波形变形，无论何时使SOA以任何光增益工作，都必须抑制图案效应。
[0178] 因此，将SOA放大光的光强度抑制到比上述饱和光输出功率的最小值10dBm低5dB的值，即抑制到5dBm(＝10dBm-5dB)是必要的。换言之，必须将在APC控制中将要被保持为恒定值的输出光的光强度(输出光强度的目标值)设定为5dBm以下。
[0179] 但是，当光增益是12.5dB时(此时饱和光输出功率是15dBm)，即使放大输入光变为10dBm(＝15dBm-5dB)，图案效应也不会发生。不过，必须将放大输出光强度的目标值设定为5dBm以下，以适合光增益为8dB的情形。
[0180] 这样，在通过驱动电流来调整光增益的方法中，有如下问题，即必须过度抑制SOA输出光(放大光)的强度。这一问题不仅仅限于放大特性如图3所示的、具有由InGaAsP多重量子阱组成的有源层的SOA。这一问题是一般的SOA共同的问题。
[0181] (实施例1)
[0182] 本实施例涉及一种光放大控制装置，其用于通过冷却或加热SOA而不是通过使驱动电流变动来控制SOA增益。这里，本光放大控制装置执行APC控制。
[0183] (1)构造
[0184] 图5是示出根据本实施例的光放大控制装置(光放大模块)32的构造的框图。
[0185] 如图5所示，根据本实施例的光放大控制装置32包括：半导体光放大器(SOA)2，用于通过其中注入有驱动电流的有源层33来放大并输出入射光。
[0186] 用于本实施例的SOA 2与特性如图3所示的半导体光放大器(具有InGaAsP多重量子阱作为有源层33的行波SOA)相同。但是，SOA 2也可以是各种类型的半导体光放大器(如有源层由体块(bulk)半导体或量子点组成的行波SOA和法布里—珀罗(Fabry-Perot)SOA等)。
[0187] 另外，根据本实施例的光放大控制装置32包括：冷却/加热单元36，用于对半导体光放大器2进行冷却与加热其中之一，或进行冷却与加热二者。这里，冷却/加热单元36是一种温度调整单元，用于调整半导体光放大器2的温度。
[0188] 包含在本光放大控制装置32中的冷却/加热单元36包括其上安装SOA 2的热电冷却器件(珀尔帖器件)。SOA 2安装在热电冷却器件6上的状态与在驱动电流控制型光放大控制装置中SOA 2安装在热电冷却器件6上的状态相同(参照图2)。
[0189] 另外，本光放大控制装置32包括：光增益控制单元34，用于通过调整冷却/加热单元36的工作来控制SOA 2的光增益。光增益控制单元34通过执行下述控制使SOA 2的光增益变动。另外，光增益是光强度相对于放大之前的光的光强度之比。
[0190] 首先，光增益控制单元34执行第一控制，以指定预计通过SOA 2生成的光增益的目标值(gtg)(第一控制)。
[0191] 具体而言，作为预计在SOA 2中生成的光增益的目标值(gtg)，光增益控制单元34确定预计从SOA 2输出的输出光强度的目标值(Itg)相对于入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)之比(＝Itg/Iin)。
[0192] 接着，通过控制冷却/加热单元36的工作，光增益控制单元34使SOA 2的光增益变动，从而使得SOA 2的光增益变为与上述光增益的目标值(gtg)一致(第二控制)。
[0193] 具体而言，光增益控制单元34使SOA 2在非饱和输出功率状态下工作，并且也使SOA 2与冷却/加热单元36以SOA 2的驱动电流(J)与冷却/加热单元36的工作点组合的方式工作，这使得SOA 2的光增益与上述光增益的目标值(gtg)一致。这里，冷却/加热单元36的工作点是冷却/加热单元36的温度(T)。
[0194] 这里，非饱和输出功率状态表示放大光的光强度小于饱和光输出功率的状态。为了抑制图案效应，优选地，使放大光的光强度处于放大光的光强度小于饱和光输出功率的非饱和状态。
[0195] 为了抑制图案效应，例如，放大光的光强度(ON状态的瞬时光强度)比饱和光输出功率小1dB或少更多的非饱和状态是优选的。此外，上述光强度少3dB或少更多的非饱和状态是更优选的，光强度少5dB或少更多的非饱和状态是最优选的(这也可应用在后述的实例中)。
[0196] 因此，对于标记占空比为50％的调制光而言，放大光的平均光强度比饱和光输出功率小4dB或少更多的非饱和状态是优选的。此外，上述平均光强度少6dB或少更多的非饱和状态是更优选的，平均光强度少8dB或少更多的非饱和状态是最优选的。
[0197] 接着，在保持SOA 2的驱动电流固定的同时，光增益控制单元34使用SOA 2的工作状态(具体而言，输出光强度)作为反馈信号，对冷却/加热单元36的工作进行反馈控制(第三控制)。
[0198] 更具体而言，在保持SOA 2的驱动电流固定的同时，光增益控制单元34对冷却/加热单元36的工作进行反馈控制，从而使得从SOA 2输出的输出光强度(Iout)变为与输出光强度的目标值(Itg)一致。此时，从SOA 2输出的输出光强度(Iout)用作反馈信号。
[0199] 为了执行上述第二控制，光增益控制单元34包括查找表35。
[0200] 图6是记录在光增益控制单元34中的查找表35的一个实例。
[0201] 在查找表35中，为了在饱和光输出功率状态下使SOA 2以将要作为目标的光增益(目标光增益)工作，记录了将要供给SOA 2的驱动电流(设定电流)与SOA 2将要保持的温度(设定温度)的组合，如图6所示。
[0202] 将查找表35记录在包含于光增益控制单元34中的记录介质(未示出)中。
[0203] 在图6中，记录与多个目标光增益的每一个对应的设定电流与设定温度。但是，不管目标增益是多大，驱动电流都是恒定的(300mA)。
[0204] 图7是示出SOA 2的光增益相对于器件温度的变动的示图。除了驱动电流为300mA和器件温度为25-60℃之外，图7所示特性的测量条件与在图3所示的光放大特性的测量中使用的测量条件相同。
[0205] 查找表35是基于图7所图示的光增益的器件温度依赖性(dependency)与后述的饱和光输出功率的器件温度依赖性(参照稍后所图示的图10)而生成的。
[0206] 如图7所示，SOA 2的光增益随着器件温度增加而减小。查找表35基于上述特性而生成。即，低设定温度与高目标光增益对应，而高设定温度与低目标光增益对应。
[0207] 另外，SOA的光增益与饱和光输出功率还取决于入射光的偏振方向。因此，查找表35也是考虑到光增益与饱和光输出功率二者的偏振依赖性而生成的。更具体而言，基于在偏振方向为于相同光增益的情形下产生较小饱和光输出功率的光入射到SOA时获得的特性(光增益与饱和光输出功率的器件温度依赖性)，而生成查找表35。换言之，查找表35是相对于易于产生图案效应的偏振方向(最坏情形)而生成的(在下述实施例1至7中，每一个查找表都是基于最坏情形而生成的)。
[0208] 另外，本光放大控制装置32包括：温度传感器8，用于监视SOA 2的温度。
[0209] 当冷却/加热单元36是热电冷却器件(珀尔帖器件)时，如已参照图2描述的，SOA 2被安装在热电冷却器件6上，温度传感器8(例如负温度系数热敏电阻；NTC热敏电阻)附连在紧邻SOA 2的位置处。这里，也可以使用铂传感器、热电偶等作为温度传感器。
[0210] 此外，本光放大控制装置32包括：温度控制单元10，用于使用温度传感器8的输出作为反馈信号对SOA 2的温度进行反馈控制；以及SOA驱动单元28(电源)，用于驱动SOA2。
[0211] 另外，本光放大控制装置32包括：输入端14(例如由光连接器组成)，输入光12入射到该输入端14；以及输出端18(光连接器)，输出光16从该输出端18输出。此外，本光放大控制装置32包括：输入侧分光器20(例如由石英组成的光束分光器)，用于使输入光12的一部分分束；以及输出侧分光器22(例如由石英组成的光束分束器)，用于使SOA 2的输出(放大光)的一部分分束。
[0212] 此外，光放大控制装置32包括：输入侧光检测器24(例如InGaAs PIN光电二极管)，用于通过接收被输入侧分光器20分束的输入光12来监视输入光的强度；以及输出侧光检测器26(例如InGaAs PIN光电二极管)，用于通过接收被输出侧分光器22分束的放大光来监视放大光的强度。
[0213] 这里，SOA 2、输入侧分光器20、输出侧分光器22、输入侧光检测器24、输出侧光检测器26以及光输入端14与光输出端16通过光纤进行光连接。
[0214] (2)工作
[0215] 接着，将根据将要在本光放大控制装置32中执行的SOA 2的控制方法来描述本光放大控制装置32的工作。
[0216] 首先，将描述本光放大控制装置32的工作的主要部分。
[0217] 图8是示出在光放大控制装置32中执行的半导体光放大器(SOA 2)的控制过程的概要的流程图。
[0218] 这里，下述步骤S1-S3分别与前述光增益控制单元34的第一至第三控制对应。
[0219] 首先，光增益控制单元34确定预计在SOA 2中产生的光增益的目标值(gtg)(步骤S1)。
[0220] 更具体而言，作为预计在SOA 2中产生的光增益的目标值(gtg)，光增益控制单元34确定将要从SOA 2输出的输出光强度的目标值(Itg)相对于入射到SOA 2的输入光的光强度(Iin)之比(＝Itg/Iin)。
[0221] 接着，通过对冷却/加热单元36的工作进行控制，光增益控制单元34使SOA 2的光增益变动，从而使得SOA 2的光增益变为与上述光增益的目标值(gtg)一致(步骤S2)。
[0222] 更具体而言，光增益控制单元34使SOA 2与冷却/加热单元36以SOA 2的驱动电流(J)与冷却/加热单元36的工作点组合(通过这种组合使SOA 2工作在非饱和状态下并且使SOA 2的光增益与上述光增益的目标值(gtg)一致)的方式工作。这里，冷却/加热单元36的工作点是冷却/加热单元36的温度(T)。
[0223] 接着，在保持SOA 2的驱动电流(J)固定的同时，使用SOA 2的工作状态作为反馈信号，对冷却/加热单元36的工作进行反馈控制(步骤S3)。
[0224] 更具体而言，在保持SOA 2的驱动电流(J)固定的同时，光增益控制单元34使用从SOA 2输出的输出光强度作为反馈信号，以使得从SOA 2输出的输出光强度与上述输出光强度的目标值(Itg)一致的方式，对冷却/加热单元36的工作进行反馈控制。
[0225] 接着，将描述本光放大控制装置32的详细工作。
[0226] 图9是根据本实施例的流程图，示出光放大控制装置32中的半导体光放大器的控制过程。
[0227] 首先，通过接收命令开始工作的外部控制信号38，光增益控制单元34启动光放大控制装置32(步骤S10)。
[0228] 通过本步骤及下述步骤S20，实现用于指定光增益的目标值(gtg)的上述步骤S1(步骤S20)。
[0229] 接着，光增益控制单元34读取要从SOA 2输出的输出光强度的目标值(Itg)，此外，还指定入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)(步骤S20)。
[0230] 通过外部控制信号38将输出光强度的目标值(Itg)提供给光放大控制装置32。作为实例，输出光强度的目标值(Itg)是9dBm。稍后将在“(3)原理”中描述可设定这种高目标光强度的理由。
[0231] 此时，对于本光放大控制装置32而言，输入光12(例如标记占空比为50％的光信号)是由光纤(未示出)引导的，以便被输入到输入端14。输入光12被引导至输入侧分光器20，以便在那里被分束。分束的输入光的一部分被引导至输入侧光检测器24，而另一部分被引导至SOA 2。这里，绝大部分输入光被分束至SOA 2侧，进而变为SOA 2的输入光(待放大光)。
[0232] 通过输入侧光检测器24对被引导至输入侧光检测器24的放大光进行光电转换。输入侧光检测器24将经过光电转换的信号的时间平均值发送给光增益控制单元34。
[0233] 基于从输入侧光检测器24接收的信号，光增益控制单元34指定入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)。
[0234] 入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)例如是-2dBm。
[0235] 接着，作为要通过SOA 2产生的光增益的目标值(gtg)，光增益控制单元34确定输出光强度的目标值(Itg)相对于入射到SOA 2的输入项(待放大光)的光强度(Iin)之比(Itg/Iin)。
[0236] 例如，光增益控制单元34确定光增益的目标值(gtg)为11dB(＝9dBm-(-2dBm))。
[0237] 接着，通过参照查找表35，光增益控制单元34指定与上述光增益的目标值(gtg＝11dB)对应的、将要供给SOA 2的驱动电流(设定电流)和SOA2将要保持的温度(设定温度)(步骤S40)。
[0238] 作为实例，驱动电流(J)是300mA，设定温度(T)是40℃。
[0239] 这里，当光增益的目标值(gtg)与记录在查找表35中的任何目标光增益都不一致时，选择与离光增益的目标值(gtg)最近的目标光增益对应的驱动电流(J)和设定温度(T)。
[0240] 接着，光增益控制单元34将上述指定的设定电流(300mA)供给SOA 2，并且将SOA2的温度设定为指定的设定温度(40℃)(步骤S50)。
[0241] 更具体而言，光增益控制单元34向SOA驱动单元28发出电流供应命令。根据该命令，SOA驱动单元28将300mA的驱动电流供给SOA 2。上述驱动电流(300mA)的供应在后述步骤S60期间继续。
[0242] 另外，光增益控制单元34向温度控制单元10发出温度设定命令。根据该命令，温度控制单元10控制冷却/加热单元36(热电冷却器件)，从而使得SOA 2的温度变为设定温度(40℃)。这里，通过检测温度传感器8的输出，温度控制单元10使用上述感测的信号作为反馈信号，对热电冷却器件6的工作进行反馈控制。
[0243] 如前所述，温度传感器8所检测的温度可以被视为SOA 2的温度。
[0244] 通过本步骤，从SOA 2输出的输出光(放大光)的强度被放大到输出光强度的目标值(Itg＝9dBm)附近的值。
[0245] 接着，在保持供给SOA 2的驱动电流(J)固定的同时，光增益控制单元34对冷却/加热单元36的工作进行反馈控制，从而使得从SOA 2输出的输出光(放大光)的强度(Iout)变为与输出光强度的目标值(Itg＝9dBm)一致。此时，上述强度(Iout)是反馈信号(步骤S60)。
[0246] 本步骤中的反馈工作的细节如下。
[0247] 通过输出侧分光器22将从SOA 2(其工作通过步骤S40开始)输出的输出光(放大光)分束成两个方向。
[0248] 分束的放大光的一部分被引导至输出侧光检测器26，而另一部分被引导至输出端18。这里，绝大部分放大光被引导至输出端18，进而变为输出光16。
[0249] 通过输出侧光检测器26对被引导至输出侧光检测器26的放大光进行光电转换。输出侧光检测器26将经过光电转换的信号的时间平均值发送给光增益控制单元34。
[0250] 基于从输出侧光检测器26接收的信号，光增益控制单元34指定从SOA2输出的输出光(放大光)的光强度(Iout)。
[0251] 光增益控制单元34将输出光强度的目标值(Itg＝9dBm)与指定的输出光的光强度(Iout)进行比较。
[0252] 如果输出光的光强度(Iout)小于上述输出光强度的目标值(Itg＝9dBm)，则光增益控制单元34向温度控制单元10发出降低SOA 2温度的命令。
[0253] 随着SOA 2的温度(SOA器件温度)降低，SOA 2的光增益增加了(参照图7)。结果，输出光的光强度(Iout)增加了，并且接近目标值(Itg)。
[0254] 另一方面，如果输出光的光强度(Iout)大于输出光强度的目标值(Itg＝9dBm)，则光增益控制单元34向温度控制单元10发出升高SOA 2温度的命令。
[0255] 随着SOA 2的温度(SOA器件温度)上升，SOA 2的光增益减小(参照图7)。结果，输出光的光强度(Iout)减小了，并且接近目标值(Itg)。
[0256] 在接收到工作停止命令之前，光增益控制单元34重复上述光增益的调整工作(参照下面的步骤70)。
[0257] 结果，SOA 2的输出光(放大光)的光强度(Iout)逐渐地接近输出光强度的目标值(Itg)，最后，变为与输出光强度的目标值(Itg)基本上一致。
[0258] 此外，根据本步骤，即使入射到光放大控制装置32的输入光12的强度发生变动，也可以将光放大控制装置32的输出光16的强度维持为恒定值。
[0259] 一旦接收到命令停止工作的外部控制信号38，光增益控制单元34就使光放大控制装置32的工作停止(步骤S70)。
[0260] 从上述过程可以明显看出，根据本光放大控制装置32，放大光的光强度不仅受驱动电流控制，而且还受器件温度的控制。根据本控制方法，如下述“(3)原理”中描述的，没有必要过度地抑制SOA 2的放大光的强度来抑制图案效应，进而能够增加放大光的强度。
[0261] (3)原理
[0262] 接着，将对能够在避免图案效应的同时增大SOA 2的输出光(放大光)的本光放大控制装置32的原理给出描述。
[0263] 图10是示出SOA 2的饱和光输出功率相对于器件温度的变动的示图。除了驱动电流是300mA与器件温度是25℃至60℃这两点之外，在与测量图3和图7所图示的SOA放大特性时所应用的条件相同的条件下测量图10所图示的饱和光输出功率特性。
[0264] 下文中，将通过参照图7和图10来描述前述原理。
[0265] 现在，与在前述“驱动电流控制型光放大控制装置”中描述的SOA类似，假设根据本实施例的SOA的光增益也在8.0dB与12.5dB之间变动。
[0266] 当使SOA 2在12.5dB的光增益处工作时，该SOA 2的温度是25℃(参照图7)。此时，SOA 2的饱和光输出功率为15.2dBm(参照图10)。另一方面，当使SOA 2在8.0dB的光增益处工作时，该SOA 2的温度是60℃(参照图7)。此时，SOA 2的饱和光输出功率为
14.0dBm(参照图10)。
14.0dBm(参照图10)。
[0267] 即，在本光放大控制装置32中，即使SOA 2的光增益在8.0dB与12.5dB之间变动，其饱和光输出功率也仅在14.0dBm与15.2dBm之间变动。
[0268] 因此，在本光放大控制装置32中，可以将放大光的输出光强度的目标值(Itg)设定为高达9.0dBm(14.0dBm-5.0dB)的值(这里，假设当放大光强度比饱和光输出功率小5.0dB以上时，可以充分抑制图案效应)。
[0269] 上述值比驱动电流控制型光放大控制装置4的输出光强度的目标值5dBm(参照前述的“通过驱动电流的光增益调整”)高4dB。
[0270] 可设定这种输出光强度的高目标值的理由是：尽管SOA的光增益随着器件温度增加而逐渐减小(参照图7)，但是即使器件温度增加，饱和光输出功率也几乎不减小(参照图10)。
[0271] 这样，根据本光放大控制装置32，即使SOA 2的输出光(放大光)的强度增加了，也能够抑制图案效应。
[0272] 现在，根据本光放大控制装置32，可以通过SOA 2的温度的调整使光增益变动。因此，不会如同光增益按照几纳秒(ns)的量级变动的驱动电流控制型光放大控制装置中那样由于载流子密度的急剧变动而出现增益的过调节(overshoot)。
[0273] 最后，将描述SOA饱和光输出功率对器件温度的变动不敏感的理由。
[0274] SOA饱和光输出功率Ps由下述等式表示。
[0275] [等式1]
[0276]
[0277] 这里，h是普朗克常数。ω是光的角频率。d是有源层的厚度。W是SOA有源层的宽度。Γ是SOA有源层的光密闭因数(optical confinement factor)。τs是有源层中的载流子寿命。dg/dN是微分增益因数。g是有源层的光增益。N是有源层的载流子密度。
[0278] 当SOA温度在注入电流维持恒定的同时增加时，载流子从有源层溢出。结果，载流子密度减小，而τs增加。根据等式(1)，τs的增加会产生减小的饱和光输出功率Ps。
[0279] 但是，SOA温度上升也会产生减小的微分增益因数dg/dN。因此，即使载流子密度由于SOA温度上升而减小，饱和光输出功率Ps的减小也很小。
[0280] 同时，因为光增益与载流子密度几乎成比例，所以当τs由于SOA温度上升而减小时，光增益也逐渐减小(载流子密度是τs与驱动电流之积)。
[0281] 因此，如图7和图10所示，当SOA温度增加时，虽然光增益逐渐减小，但是饱和光输出功率几乎不减小。
[0282] 上述是SOA饱和光输出功率对器件温度的变动不敏感的理由。
[0283] 现在，已知有源层由量子点(quantum dot)组成的SOA光增益几乎与器件温度无关。但是，上述特性是在特定波长范围和特定温度范围内。除了上述波长范围和温度范围之外，当器件温度增加时，有源层由量子点组成的SOA的光增益逐渐减小。因此，在除了上述波长范围和温度范围之外的波长范围和温度范围内，即使SOA 2的有源层是由量子点组成的有源层，在本光放大控制装置中将要执行的SOA 2的控制也是有效的(这也可以应用在下述实施例中)。
[0284] (实施例2)
[0285] 本实施例涉及一种光放大控制装置(光放大器模块)，其不仅冷却或加热SOA，而且还根据光增益的目标值(gtg)将不同的驱动电流(J)供给SOA。这里，本光放大控制装置执行APC控制。
[0286] (1)构造
[0287] 除了在光增益控制单元42中执行的第二控制和先进的(advanced)查找表这两点之外，光放大控制装置40的构造与根据实施例1的光放大控制装置32的构造大致相同。
[0288] 因此，将省略与根据实施例1的光放大控制装置32的共同的部分相关的描述，而仅描述与根据实施例1的光放大控制装置32不同的部分。这里，根据本实施例的光放大控制装置40的构造图与在实施例1中所参照的图5相同。
[0289] (i)与实施例1的不同点
[0290] 用于本光增益控制单元42的第二控制比根据实施例1的光增益控制单元34所执行的第二控制先进。
[0291] 图13是本光增益控制单元42参照以执行第二控制的查找表44的一个实例。
[0292] 更具体而言，本光增益控制单元42的第二控制是如下所述的控制。
[0293] 查找表44已记录SOA 2的驱动电流与冷却/加热单元36的工作点(温度)的组合，以使SOA 2的光增益与将要作为目标的多个光增益的任何一个一致，并且也使SOA 2的输出光强度与将要作为目标的多个输出光强度的任何一个一致。
[0294] 这里，将要作为目标的每一个光增益是在查找表44的第一行中描述的目标光增益。另外，将要作为目标的输出光强度是在查找表44的第一列中描述的目标光输出功率。此外，SOA 2的驱动电流与冷却/加热单元36的工作点(温度)的组合是记录在查找表44中的设定电流和设定温度的组合。
[0295] 上述组合也是维持SOA 2的饱和光输出功率与上述将要作为目标的输出光强度(目标光输出功率)之间的差恒定的组合。
[0296] 本光增益控制单元42驱动SOA 2，同时，通过设定电流和设定温度的组合使冷却/加热单元工作，其中通过该设定电流和设定温度的组合，将要作为目标的光增益(目标光增益)是离光增益的目标值(gtg)最近的，并且将要作为目标的输出光强度(目标光输出功率)是离上述输出光强度的目标值(Itg)最近的。
[0297] 简言之，在本光增益控制单元42的第二控制中，根据光增益的目标值(gtg)将不同的驱动电流(J)供给SOA，而不是仅对SOA 2进行冷却或加热。
[0298] 图11是示出当SOA 2的器件温度(T)变动的同时，驱动电流(J)以使得饱和光输出功率变为恒定值(16dBm)的方式变动时，饱和光输出功率(Ps)的器件温度依赖性的示图。在测量中使用的SOA与在实施例1中参照的图4的测量中使用的SOA相同。另外，除了使驱动电流(J)变动这一点之外，测量条件与在图4的测量中使用的条件相同。
[0299] 图11中的横轴是SOA的器件温度(T)，纵轴是SOA的饱和光输出功率。在图11中，为每一个器件温度图示供给SOA的驱动电流(J)和那时在SOA中生成的光增益。
[0300] 作为根据实施例1的光放大控制装置32，如果在SOA的驱动电流(J)没有变动的情况下仅使器件温度(即冷却/加热单元36的温度T)变动，则也会使饱和光输出功率变动，虽然其是轻微的(参照图10)。但是，如图11所示，当驱动电流(J)与器件温度的上升同步地增加时，能够维持SOA饱和光输出功率恒定。
[0301] 因此，不管将要作为目标的光增益(目标光增益)怎样，都能够维持SOA2的饱和光输出功率(例如15.5dBm)与将要作为目标的输出光强度(目标光输出功率；例如10dBm)之差(即，例如5.5dB＝15.5dBm-10dBm)恒定。
[0302] 查找表44是基于这种SOA特性。
[0303] 另外，在图12中，图示当SOA 2的器件温度(T)变动的同时，驱动电流(J)以使得饱和光输出功率变为恒定值15.5dBm的方式变动时，光增益的变动。在测量中使用的SOA与在图3(和图4)的测量中使用的SOA相同。另外，除了使驱动电流(J)变动这一点之外，测量条件与在图3和图4的测量中使用的条件相同。
[0304] 图12中的横轴是SOA的器件温度(T)，纵轴是SOA的光增益。在图12中，为每一个器件温度图示供给SOA的驱动电流(J)。
[0305] 如图12所示，即使驱动电流(J)随着器件温度(T)一起变动，也能够在很宽的范围内使光增益变动(8dB至13dB)。
[0306] 另一方面，根据实施例1的控制方法(其中SOA 2的驱动电流(J)维持恒定)，当器件温度从25℃升到60℃时，饱和光输出功率从15.5dBm降到14dBm。因此，输出光强度的目标值(Itg)必须是9dBm(＝14dBm-5dB)以下。
[0307] 另一方面，如上所述，根据本实施例，输出光强度的目标值(Itg)变为10dBm(＜15.5dBm-5dB)。
[0308] 换言之，根据本实施例，能够在避免图案效应的同时，使输出光强度的目标值(Itg)高于根据实施例1的光放大控制装置32中的。
[0309] (ii)查找表
[0310] 如上所述，图13是记录在光增益控制单元42中的查找表44的一个实例。
[0311] 在查找表44中，为了使SOA 2在将要作为目标的光增益(目标光增益)和输出光强度的目标值(目标光输出功率)处工作，记录了将要供给SOA 2的驱动电流(设定电流)和SOA 2将要保持的温度(设定温度)的组合。
[0312] 另外，根据本实施例的查找表44是为多个波长(1550nm、1540nm和1530nm)准备的，从而即使SOA 2的入射光(待放大光)的波长变动，也能够进行处理。
[0313] (2)工作
[0314] 接着，将根据在光放大控制装置40中执行的SOA 2的控制方法来描述光放大控制装置40的工作。
[0315] 首先，将描述光放大控制装置40的工作的主要部分。
[0316] 本光放大控制装置46的工作的主要部分可以分为三个步骤(步骤S1-S3)。步骤S1至步骤S3分别是由光增益控制单元48根据上述第一至第三控制执行的工作(例如步骤S1与控制1对应)。这种操作已经在上述“(1)构造”中描述过。因此，将省略用于描述本光放大控制装置46的工作的主要部分的步骤S1-S3的描述。
[0317] 接着，将描述光放大控制装置40的详细工作。
[0318] 在本光放大控制装置40中执行的SOA控制过程包括：不仅是在已经参照图9描述的实施例1步骤S20中的读取放大光的输出光强度的目标值(Itg)，还从外部读取入射到SOA的输入光(待放大光)的波长。
[0319] 此外，本控制过程与根据实施例1的光放大控制装置32的控制过程的不同点在于：在实施例1的步骤S40中，通过参照查找表44(已经参照图13描述的、而不是参照图6描述的查找表)来指定设定电流(J)与设定温度(T)。
[0320] 图14和图15是根据本实施例的流程图，示出光放大控制装置40中的半导体光放大器的控制过程。这里，对于与参照图9在实施例1中描述的控制过程共同的部分，将省略描述。
[0321] (i)步骤S110
[0322] 用于启动光放大控制装置40的本步骤与在实施例1中描述的步骤S10相同。
[0323] (ii)步骤S120
[0324] 本步骤与在实施例1中描述的步骤S20对应。
[0325] 在本步骤中，光增益控制单元42为SOA 2的输出光读入输出光(放大光)强度的目标值(Itg)和入射到SOA的输入光(待放大光)的波长λ，此外，指定入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)。
[0326] 通过外部控制信号38向光放大控制装置32报告入射到SOA 2的输入光(待放大光)的波长以及输出光强度的目标值(Itg)。
[0327] (iii)步骤S130
[0328] 本步骤是与在实施例1中描述的步骤S30相同的步骤(参照图9)。
[0329] (iv)步骤S140
[0330] 在本步骤中，判定输出光的输出光强度的目标值(Itg)和光增益的目标值(gtg)是否在假设范围(例如SOA的可工作范围)内。
[0331] 更具体而言，判定输出光强度的目标值(Itg)和用于输出光的光增益的目标值(gtg)是否在目标光输出功率和目标光增益的范围(6dBm至12dBm；8dB至14dB)内。
[0332] 当输出光强度的目标值(Itg)和用于输出光的光增益的目标值(gtg)不在指定范围内时，光增益控制单元42就发出警报，并且截断将要供给SOA 2的驱动电流。
[0333] (v)步骤S150
[0334] 本步骤与实施例1中描述的步骤S40对应。
[0335] 在本步骤中，通过参照查找表44，光增益控制单元42指定与输入光的波长(λ)和光增益的目标值对应的、将要供给SOA 2的驱动电流(J)(设定电流)和SOA 2将要保持的温度T(设定温度)。简言之，光增益控制单元42从查找表44读出设定电流(J)和设定温度(T)。
[0336] 输入光的波长(λ)和光增益的目标值(gtg)例如是1550nm和12dB。另外，设定电流(J)和设定温度(T)例如是300mA和25℃。
[0337] (vi)步骤S160
[0338] 本步骤和在下述步骤170中执行的步骤与在实施例1中描述的步骤S50对应(参照图9)。
[0339] 即使放大光的输出光强度的目标值(Itg)等在光放大控制装置40的工作期间变化，本步骤和下述步骤S170也是可以进行应对的过程。
[0340] 在本步骤中，光增益控制单元42将在步骤S150中指定的、将要供给SOA2的驱动电流(J)(设定电流；例如300mA)与在本步骤的执行之前已经供给SOA 2的驱动电流Jp(例如280mA)进行比较。
[0341] 作为比较结果，如果二者彼此一致，则光增益控制单元42维持供给SOA2的驱动电流(例如280mA)。
[0342] 另一方面，如果二者不一致，则光增益控制单元42将在步骤S150中指定的、将要供给SOA 2的驱动电流(J)(例如300mA)供给SOA 2。
[0343] 这里，紧跟在光放大控制装置40被启动之后的设定电流是0mA。因此，当首次执行本步骤S160时，Jp＝0mA。
[0344] (vii)步骤S170
[0345] 在本步骤中，光增益控制单元42将在步骤S150中指定的、SOA 2将要保持的温度T(设定温度)与在本步骤的执行之前SOA 2已经保持的温度Tp(例如10℃)进行比较。
[0346] 作为比较结果，如果二者彼此一致，则光增益控制单元42维持SOA 2正在保持的温度(例如10℃)。
[0347] 另一方面，如果二者不一致，则光增益控制单元42将SOA 2保持于在步骤S150中指定的、SOA 2将要保持的温度T(例如25℃)。
[0348] 这里，紧接在光放大控制装置40被启动之后的设定温度是25℃。因此，当首次执行本步骤S170时，Tp＝25℃。
[0349] (viii)步骤S180
[0350] 本步骤S180与在实施例1中描述的步骤S60基本上相同(参照图9)。
[0351] 这里，使用SOA 2的输出光强度(Iout)作为反馈信号，在调整冷却/加热单元36的温度(即SOA 2的温度T)的操作重复预定次数(例如100次)之后完成本步骤。
[0352] 之后，开始下述步骤S190。
[0353] (ix)步骤S190
[0354] 本步骤是处理在光放大控制装置40的工作期间放大光的输出光强度的目标值(Itg)发生变化等情形的步骤。
[0355] 在本步骤中，光增益控制单元42参照外部控制信号38，并且确认在步骤S120中读入的放大光的输出光强度的目标值(Itg)和入射到SOA的输入光(待放大光)的波长λ是否还没有变化。
[0356] 另外，根据从SOA 2输出的输出光(放大光)的光强度(Iout)相对于入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)之比，光增益控制单元42指定目前工作中的SOA 2的光增益，并且确认在步骤S130中指定的光增益的目标值gtg与上述比(＝Iout/Iin)之差是否到达例如1dB(目标光增益的间隔的1/2)以上的预定值。
[0357] 作为确认的结果，如果满足如下情形(即输出光强度的目标值(Itg)已经变化的情形、入射到SOA的输入光(待放大光)的波长λ已经变化的情形、以及工作中的SOA 2的实际光增益与光增益的目标值gtg之差扩大到例如1dB以上的情形)中的任何一种情形，则在返回到上述步骤S120之后重新开始新的过程。
[0358] 因此，即使输出光强度的目标值(Itg)或输入光(待放大光)的波长λ在光放大控制装置40的工作期间变化，光放大控制装置40也可以应对变化后的工作条件。
[0359] 此外，当SOA 2的光增益(g)与光增益的目标值(gtg)之差扩大到例如1dB以上时，指定新的驱动电流(J)和SOA 2将要保持的温度(T)，并且通过新指定的驱动电流(J)和温度(T)来控制SOA 2的工作。
[0360] 因此，不会发生在步骤S180的执行(反馈控制)期间由于SOA 2的饱和光输出功率与SOA 2的输出(Iout)之差变小而产生图案效应的情况。另外，即使光增益变动1dB或这个量级，SOA的饱和光输出功率也几乎不变动(参照图7和图10)。
[0361] (x)步骤S200
[0362] 在本步骤中，通过参照外部控制信号38，光增益控制单元42确认是否向光放大控制装置40发出了工作停止命令。
[0363] 如果发出了工作停止命令，则过程进行到步骤S210。
[0364] 如果没有发出工作停止命令，则过程返回到步骤S180。
[0365] (xi)步骤S210
[0366] 在本步骤中，光增益控制单元42使光放大控制装置40的工作停止。
[0367] 如上所述，在根据本实施例的光放大控制装置40中，即使目标光增益不同，也可以基于设定电流与设定温度的组合来控制SOA 2的工作，以保持输出光强度(Iout)与饱和光输出功率之差恒定。因此，与根据实施例1的光放大控制装置32相比，光放大控制装置40可将SOA 2的输出光(放大光)的光强度增加得更大。
[0368] (实施例3)
[0369] 本实施例涉及一种光放大控制装置(光放大器模块)，用于通过对SOA进行冷却或加热来控制半导体光放大器的工作，以产生SOA的恒定光增益。即，本光放大控制装置执行AGC控制。
[0370] (1)构造
[0371] 根据本实施例的光放大控制装置的构造与根据实施例1的光放大控制装置32的构造基本上相同。但是，在由光增益控制单元48执行的控制中，有一点与根据实施例1的光放大控制装置32的控制不同。
[0372] 首先，将描述由光增益控制单元48执行的控制，其是与光放大控制装置32的不同点。接着，将简要描述设置在光放大控制装置46中的查找表50。关于其他构造的描述被省略。这里，根据本实施例的光放大控制装置46的构造图与根据实施例1的光放大控制装置32的构造图(图5)相同。
[0373] 光增益控制单元48执行第一控制以指定要在SOA 2中生成的光增益的目标值(gtg)。
[0374] 更具体而言，光增益控制单元48确定外部控制信号38所报告的光增益的目标值，作为用于控制SOA 2的参数之一的光增益的目标值(gtg)。
[0375] 光增益的目标值(gtg)例如是12dB。
[0376] 接着，通过对冷却/加热单元36的工作进行控制，光增益控制单元48执行使SOA2的光增益变动的第二控制，从而使得SOA 2的光增益变得与上述光增益的目标值(gtg)一致。
[0377] 更具体而言，光增益控制单元48使SOA 2与冷却/加热单元36以SOA 2的驱动电流(J)与冷却/加热单元36的工作点的组合(通过这种组合可以使SOA 2工作在非饱和输出功率状态下并且使得SOA 2的光增益变得与上述增益的目标值(gtg)一致)来工作。这里，冷却/加热单元36的工作点表示冷却/加热单元36的温度(T)。
[0378] 接着，在保持SOA 2的驱动电流(J)固定的同时，光增益控制单元48使用SOA 2的工作状态作为反馈信号，执行第三控制以对冷却/加热单元36的工作进行反馈控制。
[0379] 更具体而言，光增益控制单元48对冷却/加热单元8的工作进行反馈控制，使得从SOA 2输出的输出光强度(Iout)相对于入射到SOA 2的输入光的光强度(Iin)之比(＝Iout/Iin)变为与光增益的目标值(gtg)一致，其中使用上述比作为反馈信号。此时，驱动电流(J)保持固定。
[0380] 光增益控制单元48通过参照查找表50执行上述第二控制。查找表50例如与参照图6在实施例1中描述的查找表35相同。查找表50例如被记录在设置于光增益控制单元48中的记录介质(未示出)中。
[0381] (2)工作
[0382] 接着，将根据在光放大控制装置46中执行的SOA 2的控制方法来描述光放大控制装置46的工作。
[0383] 首先，描述本光放大控制装置46的工作的主要部分。
[0384] 本光放大控制装置46的工作的主要部分可以分为三个步骤(步骤S1-S3)。步骤S1至步骤S3分别是根据上述第一至第三控制由光增益控制单元48执行的操作(例如步骤S1与控制1对应)。这种操作已经在上述“(1)构造”中描述过。因此，将省略用于描述本光放大控制装置46的工作的主要部分的步骤S1-S3的描述。
[0385] 接着，将根据SOA 2的控制过程来描述光放大控制装置46的详细工作。
[0386] 图16是示出根据本实施例的光放大控制装置46中的SOA 2的控制过程的流程图。
[0387] (i)步骤S10
[0388] 首先，光增益控制单元48接收命令工作开始的外部控制信号38，并且启动光放大控制装置32。
[0389] (ii)步骤S20
[0390] 上述步骤S1通过本步骤和下述步骤S20来实现。
[0391] 首先，光增益控制单元34读取SOA 2的光增益的目标值，并且还指定入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)。
[0392] 作为外部控制信号38，向光放大控制装置46报告光增益的目标值(gtg)。
[0393] 光增益控制单元48将读取的光增益的目标值确定为用于控制SOA 2的参数之一的光增益的目标值(gtg)。
[0394] 光增益的目标值(gtg)例如是12dB。输入光(待放大光)的光强度(Iin)例如是-4dBm。
[0395] (iii)步骤S30
[0396] 在本步骤中，光增益控制单元48将光增益的目标值(gtg)与输入光(待放大光)光强度(Iin)的乘积确定为SOA 2的输出光强度的目标值(Itg)。
[0397] 例如，光增益控制单元48将光输出功率的目标值(Itg)指定为8dBm(＝10·log((gtg.Iin)/1mW))＝10·log(gtg)+10·log(Iin/1mW)＝12dB-4dBm)。
[0398] (iv)步骤S40
[0399] 上述步骤S2通过本步骤和下述步骤S50实现。
[0400] 在本步骤中，通过参照查找表50(参照图6)，光增益控制单元48指定与上述光增益的目标值(gtg＝12dB)对应的、将要供给SOA 2的驱动电流(设定电流)和SOA 2将要保持的温度(设定温度)。
[0401] 例如，驱动电流(J)是300mA，设定温度(T)是25℃。
[0402] (v)步骤S50
[0403] 本步骤与参照图9描述的在实施例1中的光增益控制单元32中执行的步骤S40相同。
[0404] 在本步骤中，光增益控制单元48向SOA 2供应将要供给的驱动电流(J＝300mA)，并且将SOA 2的温度设定为将被保持的温度(T＝25℃)。
[0405] 通过本步骤，SOA 2的光增益变为光增益的目标值(gtg＝12dB)附近的值。
[0406] 该步骤与参照图9描述的根据实施例1的光增益控制单元32中执行的步骤S50相同。
[0407] (vi)步骤S60
[0408] 上述步骤S3通过本步骤实现。
[0409] 在本步骤中，光增益控制单元48接收输入侧光检测器24的输出和输出侧光检测器26的输出，并且指定入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)和从SOA 2输出的输出光(放大光)的强度(Iout)。
[0410] 接着，光增益控制单元48对冷却/加热单元8的工作进行反馈控制，使得上述Iout与Iin之比(＝Iout/Iin)变为与光增益的目标值(12dB)一致，其中使用上述比作为反馈信号。这里，Iout与Iin之比是目前工作中的SOA的光增益。
[0411] 更具体而言，如果Iout与Iin之比(＝Iout/Iin)小于光增益的目标值(gtg)，则光增益控制单元48减小冷却/加热单元8的温度。另一方面，如果Iout与Iin之比(＝Iout/Iin)大于光增益的目标值(gtg)，则光增益控制单元48增加冷却/加热单元8的温度。
[0412] 通过重复上述反馈控制，SOA 2的光增益(g＝Iout/Iin)逐渐接近光增益的目标值(gtg)，最后，变为与光增益的目标值(gtg)基本上一致。
[0413] 现在，在上述反馈控制收敛(converge)并且光增益变为与光增益的目标值(gtg)基本上一致的状态下，本来，即使输入光12的状态(光强度等)变动，SOA 2的光增益也不应当变动。
[0414] 但是，在SOA 2的光增益取决于输入光(待放大光)的偏振方向的情形下，SOA 2的光增益通过输入光的偏振方向的变动而变动。
[0415] 在这种情形下，SOA 2的光增益通过上述反馈控制维持恒定。
[0416] (vii)步骤S70
[0417] 一旦接收到命令工作停止的外部控制信号38，光增益控制单元48就使光放大控制装置46的工作停止。
[0418] 根据本实施例，当光增益控制单元由具有图3和图4所示特性的SOA组成时，即使SOA 2的输出光强度(Iout)被放大到9dBm(＝14dBm-5dB)，也不会发生图案效应。但是，为了抑制图案效应，如果输出光(放大光)的强度比饱和光输出功率小5dB，则认为其是充分的。
[0419] 另一方面，在参照图1所描述的驱动电流控制型光放大控制装置4中，如果输出光强度(Iout)变为大于5dBm(＝10dBm-5dB)，则会发生不想要的图案效应。
[0420] 这样，根据本实施例，即使对SOA进行AGC控制，也能够在抑制图案效应的同时增加输出光强度(Iout)。
[0421] (实施例4)
[0422] 本实施例涉及一种光放大控制装置(光放大器模块)，其根据输出光的输出光强度的目标值(Itg)，通过将不同的驱动电流(J)供给SOA(而不仅对SOA进行冷却或加热)来控制半导体光放大器的工作，以产生恒定的光增益(AGC控制)。
[0423] (1)构造
[0424] 光放大控制装置52的构造与根据实施例3的光放大控制装置46的构造基本上相同。但是，在由光增益控制单元54执行的控制中以及查找表中，有些点与根据实施例3的光放大控制装置46不同。
[0425] 因此，将对光增益控制单元54执行的控制和查找表进行描述，而省略对其他构造的描述。这里，根据本实施例的光放大控制装置52的构造图与在实施例1中参照图5图示的相同。
[0426] 本光增益控制单元54包括：在根据实施例3的光增益控制单元48中提供的第一至第三控制。但是，新的控制被添加到第一控制。另外，第二控制是先进的。
[0427] 添加到第一控制中的控制是将光增益的目标值(gtg)与入射到SOA 2的输入光光强度(Iin)的乘积确定为要从SOA 2输出的输出光强度的目标值(Itg)。
[0428] 第二控制与在根据实施例2的光增益控制单元42中执行的第二控制相同。但是，将要在本控制中使用的查找表与根据实施例2的查找表不同。
[0429] 图17是记录在光增益控制单元54中的查找表56的一个实例。
[0430] 根据本实施例的查找表56具有各小1dBm的目标光输出功率。
[0431] 使目标光输出功率各小1dBm的理由是：即使当入射到SOA 2的输入光的光强度变动时，也能够防止SOA 2的光输出的强度(Iout)立刻超出能够避免图案效应的范围(10dBm以下)。因此，根据图17所图示的查找表，如果输入光的光强度的变动在1dB之内是可以容许的。
[0432] 第三控制与在根据实施例3的光增益控制单元42中执行的第三控制相同。
[0433] (2)工作
[0434] 接着，将根据在本光放大控制装置中执行的SOA 2的控制方法来描述本光放大控制装置52的工作。
[0435] 首先，将根据SOA的控制过程来描述光放大控制装置52的工作的概要。
[0436] 本光放大控制装置52的控制过程的概要与在实施例3中描述的步骤S1至步骤S3基本上相同。
[0437] 但是，在与前述第二控制对应的步骤S2中有一个不同点。因此，将对步骤S2进行描述，而省略其他步骤的描述。
[0438] 首先，将描述光放大控制装置46的工作的主要部分。
[0439] 本光放大控制装置46的工作的主要部分可以分为三个步骤(步骤S1-S3)。步骤S1至步骤S3分别是根据上述第一至第三控制由光增益控制单元48执行的操作(例如步骤S1与控制1对应)。这种操作已经在上述“(1)构造”中描述过。因此，将省略用于描述本光放大控制装置46的工作的主要部分的步骤S1-S3的描述。
[0440] 接着，将根据SOA 2的控制过程来描述光放大控制装置46的详细工作。
[0441] 图18和图19是示出在根据本实施例的光放大控制装置52中执行的半导体光放大器的控制过程的流程图。
[0442] 本光放大控制装置52的工作的细节与根据实施例2的光放大控制装置40的工作具有许多共同点。
[0443] 因此，下文的描述将以与根据实施例2(而不是实施例3)的光放大控制装置40的工作的不同点为中心来进行。与通过参照图14和图15描述的实施例2的工作共同的步骤的描述将被省略。
[0444] (i)步骤S120
[0445] 在本步骤中，光增益控制单元54读取SOA 2的光增益的目标值，并且将所读取的光增益的目标值确定为光增益的目标值(gtg)，其是用于控制SOA2的参数之一。
[0446] 另外，光增益控制单元54还读取入射到SOA的输入光(待放大光)的波长λ。此外，光增益控制单元54确定入射到SOA 2的输入光(待放大光)的光强度(Iin)。
[0447] 光增益的目标值(gtg)和输入光(待放大光)的波长λ通过外部控制信号38被报告给光增益控制单元54。当接收到输入侧光检测器24的输出信号时，通过光增益控制单元54检测输入光(待放大光)的光强度(Iin)。
[0448] 这里，光增益的目标值(gtg)例如是12dB。输入光(待放大光)的光强度(Iin)例如是-3dBm。另外，输入光的波长λ例如是1550nm。
[0449] (ii)步骤S130
[0450] 在本步骤中，光增益控制单元54确定光增益的目标值(gtg)与输入光(待放大光)的光强度(Iin)的乘积(gtg·Iin)，以作为SOA 2的输出光强度的目标值(Itg)。
[0451] 例如，光增益控制单元48将输出光的目标值(Itg)确定为9dBm(＝-3dBm+12dB)。
[0452] (iii)步骤S150
[0453] 本步骤与实施例2的步骤S150基本上相同。但是，参照图17所图示的表格作为查找表这一点与实施例2的步骤S150不同。
[0454] 驱动电流(J)和设定温度(T)例如是300mA和25℃(参照图17)。
[0455] (iv)步骤S180
[0456] 在本步骤中，光增益控制单元54接收输入侧光检测器24和输出侧光检测器26的输出，并且检测入射到SOA 2的输入光的光强度(Iin)和从SOA 2输出的输出光的强度(Iout)。
[0457] 接着，光增益控制单元54控制冷却/加热单元8的工作，使得上述Iout与Iin之比(＝Iout/Iin)变为与光增益的目标值(12dB)一致。
[0458] 更具体而言，如果Iout与Iin之比(＝Iout/Iin)小于光增益的目标值(12dB)，则减小冷却/加热单元8的温度T。另一方面，如果Iout与Iin之比(＝Iout/Iin)大于光增益的目标值(12dB)，则增加冷却/加热单元8的温度T。此时，供给SOA 2的驱动电流被固定为在步骤S160中供给SOA 2的设定电流(J；例如300mA)。
[0459] 上述过程重复预定次数，之后，开始下述步骤S190。
[0460] (v)步骤S190
[0461] 在本步骤中，通过参照此时的外部控制信号38，光增益控制单元54确认在步骤S120读入的、光增益的目标值和入射到SOA的输入光(待放大光)的波长λ是否没有变化。
[0462] 此外，光增益控制单元54确认正从SOA 2输出的放大光的光强度(Iout)与在步骤S130中确定的光输出功率的目标值(Itg)是否偏离了例如1dB以上的预定值。
[0463] 作为光增益控制单元54确认的结果，如果满足如下情形(即光增益的目标值已经变化的情形、入射到SOA的输入光(待放大光)的波长λ已经变化的情形、以及工作中的SOA 2的光输出的强度偏离光输出功率的目标值(Itg)1dB以上的情形)中的任何一种情形，则过程返回到前述步骤S120。
[0464] 因此，即使在光放大控制装置40的工作期间光增益的目标值或输入光(待放大光)的波长λ变化，光放大控制装置40也可以应对变化后的工作条件。
[0465] 此外，当工作中的SOA 2的光输出的强度偏离输出光强度的目标值(Itg)1dB以上时，设定新的驱动电流(J)和SOA 2将要保持的温度(T)。
[0466] 因此，即使SOA 2的饱和光输出功率(Ps)与SOA 2的输出(Iout)之差在步骤S180期间变小，也可以立刻恢复相关差值。因此，不会发生图案效应。
[0467] 通过根据本实施例的光放大控制装置52，能够相对于8dB的光增益的目标值(gtg)设定9dBm的目标光输出功率(在输出光强度(Iout)的可容许变动为1dB的情形下)。
[0468] 另一方面，在根据实施例3(其中设定电流固定)的光放大控制装置中，可以相对于8dB的光增益的目标值(gtg)设定的目标光输出功率是8dBm(＝9dBm-1dB)以下。
[0469] 这样，根据光放大控制装置52，能够将目标光输出功率设定为高于根据实施例3(没有设定电流的变动)的光放大控制装置。
[0470] (实施例5)
[0471] 本实施例涉及一种光放大控制装置(光放大器模块)，其具有冷却/加热单元，该冷却/加热单元由置于SOA上的加热器和其上安装有SOA的热电冷却器件组成。
[0472] (1)构造
[0473] 图20是示出根据本实施例的光放大控制装置58的构造的示图。
[0474] 在实施例1至4中，冷却/加热单元36仅由其上安装有SOA 2的热电冷却器件6组成。
[0475] 代替上述冷却/加热单元36，本光放大控制装置58包括：冷却/加热单元62，该冷却/加热单元62包括置于SOA 2上的加热器60和其上安装有SOA 2的热电冷却器件6。
[0476] 此外，本光放大控制装置58还包括：加热器驱动单元64，用于将驱动电流供给加热器60。
[0477] 与根据实施例1至4的光放大控制装置32、40、46和52类似，本光放大控制装置58包括：光增益控制单元66，用于通过调整冷却/加热单元62的工作而使SOA 2的光增益变动。但是，通过本光放大控制装置58执行的光增益控制单元66的控制与根据实施例1至4的光增益控制单元34、42、48和54的控制有一部分不同。
[0478] 另外，设置在本增益控制单元66中的查找表68与实施例1至4的查找表35、44、50和56有一部分不同。
[0479] (i)冷却/加热单元的构造和工作
[0480] 首先，将描述冷却/加热单元62的构造和工作。
[0481] 图21是示出冷却/加热单元62的构造的平面图。图22是图21图示的线A-A从箭头方向看的横截面图。图23是图21图示的线B-B从箭头方向看的横截面图。
[0482] 在图21至图23中，图示在其上安装有SOA 2的状态下的冷却/加热单元62。
[0483] 如前所述，冷却/加热单元62包括：置于SOA 2上的加热器60，和其上安装有SOA2的热电冷却器件6。另外，冷却/加热单元62是一种用于调整半导体光放大器2的温度的温度调整单元。
[0484] 这里，SOA 2与构造根据实施例1至4的光放大器控制装置的SOA相同。
[0485] 更具体而言，SOA 2包括：n型InP基板72，厚度为100μm；第一电极70，形成在n型InP基板72的背面；以及有源层33，由形成在n型InP基板70上方的InGaAsP多重量子阱组成(参照图23)。这里，有源层33的增益的峰值在1480nm附近。
[0486] 另外，SOA 2包括：上部覆层(clad layer)74，由形成在有源层33上方的p型InP构成；电极层76，由p型InGaAsP构成；以及第二电极78，形成在电极层76上。
[0487] 此外，在用于SOA 2中的光的入射端面和出射端面上分别设置抗反射膜80。
[0488] 另外，有源层33至电极层76被加工成山脊状(ridge shape)，并且其两侧覆盖有p-n-p电流阻挡层88，该p-n-p电流阻挡层88具有第一p型InP层82及依次层叠在其上的n型InP层84和第二p型InP层86。这里，沿着SOA 2的光的波导方向的长度是800μm。
[0489] SOA 2的第一和第二电极70、78连接到SOA驱动单元28。
[0490] 此外，除了形成第二电极78的区域之外，SOA 2的表面覆盖有绝缘膜90，该绝缘膜90例如由SiO2构成(参照图21)。
[0491] 加热器60形成在绝缘膜90上。加热器60沿着有源层33形成。加热器60与有源层33之间的间隔是几微米。
[0492] 加热器60由加热器主体92(例如由Ti形成)和加热器电极94(置于加热器主体92的两端)组成。加热器电极94连接到加热器驱动单元64。
[0493] 在热电冷却器件6上，安装温度传感器8，用于检测该热电冷却器件6的温度。此外，热电冷却器件6和温度传感器8连接到温度控制单元10。
[0494] 根据来自光增益控制单元66的命令，使用温度传感器8的输出作为反馈信号，温度控制单元10将热电冷却器件6的温度固定在恒定值(例如10℃)。
[0495] 因此，与热电冷却器件6接触的SOA 2的背面(第一电极70)的温度也被固定在上述恒定值(例如10℃)。
[0496] 同时，通过布置在很近位置处的加热器60来加热有源层33。因此，通过调整供给加热器60的电力，能够将有源层33的温度设定在期望值。
[0497] 此时有源层33的温度变化是迅速的，能够使有源层33的温度在几微秒内到达期望温度。SOA 2的光增益和饱和光输出功率取决于有源层33的温度。因此，借助根据本实施例的光放大控制装置62，可以使光增益以微秒量级高速变动。
[0498] (ii)光增益控制单元的控制
[0499] 光增益控制单元66执行的控制与根据实施例1至4的光增益控制单元35、44、50和56执行的控制基本上相同。
[0500] 但是，本光增益控制单元66的控制与根据实施例1至4的光增益控制单元35、44、50和56的控制的不同点是：用于使冷却/加热单元62工作的工作点是供给加热器60的电流值(Jh)，而不是冷却/加热单元62的温度(T)。
[0501] 即，本光增益控制单元66根据第二控制来控制冷却/加热单元62所处于的工作点不是冷却/加热单元62的温度(T)，而是供给加热器60的电流(Jh)。
[0502] 此外，本光增益控制单元66的控制与根据实施例1至4的光增益控制单元的控制的不同点是：根据第三控制对冷却/加热单元62的工作进行反馈控制的物理量是供给加热器60的电流。
[0503] 这里，用于将电流供给加热器60的加热器驱动单元64的工作由光增益控制单元66来控制。
[0504] 另外，光增益控制单元66可以是对SOA 2进行APC控制的单元，或者是进行AGC控制的单元。此外，光增益控制单元66可以是如下控制器件(参照实施例1或3)，该控制器件使冷却/加热单元62的工作点变动，而供给SOA 2的驱动电流(J)维持恒定。可替换地，光增益控制单元66可以是也使SOA 2的设定电流(J)变动的控制器件(参照实施例2或4)。
[0505] (iii)查找表
[0506] 图24是根据实施例5记录在光增益控制单元中的查找表68的一个实例。提供查找表68以在冷却/加热单元62的温度维持在25℃的状态下用于该冷却/加热单元62。
[0507] 如图24所示，查找表68具有记录的SOA 2的驱动电流(J)与冷却/加热单元62的工作点的组合，从而使SOA 2工作在非饱和输出功率的状态下，并且使SOA 2的光增益与将要作为目标的光增益(目标光增益)一致。这里，冷却/加热单元62的工作点不是冷却/加热单元62的温度(T)，而是供给加热器60的电流(设定加热器电流)。
[0508] 图25是根据实施例5记录在光增益控制单元中的查找表66的另一个实例。
[0509] 该查找表包括SOA 2的驱动电流与将供给加热器的电流的记录，从而使SOA 2的光增益与将要作为目标的光增益(目标光增益)一致，并且使SOA2的输出光强度与将要作为目标的输出光强度(目标光输出功率)一致。
[0510] 这里，设定电流和设定加热器电流表示SOA 2的驱动电流与供给加热器的电流。
[0511] 当使用图25图示的查找表时，必须将冷却/加热单元62的温度维持在10℃。
[0512] (2)工作
[0513] 接着，将根据在本光放大控制装置58中执行的SOA 2的控制方法来描述光放大控制装置58的工作。
[0514] 在光放大控制装置58中执行的SOA 2的控制方法可以是与在实施例1至4中执行的SOA 2的任何一种控制方法相同的类型。因为描述全部控制方法很复杂，所以将仅对在实施例2中执行的控制方法(APC控制)进行描述。
[0515] 图26和图27是示出在本光放大控制装置58中执行的控制方法的步骤的流程图。
[0516] 本控制方法的步骤与参照图14和图15在实施例2中描述的控制过程的不同之处是步骤S150、步骤S170和步骤S180，而其他步骤基本上相同。但是，本控制过程与在实施例2中执行的控制过程的不同点是：温度控制单元10将热电冷却器件6的温度连续保持在恒定值(例如10℃)。
[0517] 因此，将对上述步骤进行描述，而将其他步骤的描述省略。
[0518] (i)步骤S150
[0519] 在本步骤中，光增益控制单元66从查找表68读取设定电流(J)和设定加热器电流(Jh)。在其他点上，本步骤与实施例2的步骤S150基本上相同。
[0520] (ii)步骤S170
[0521] 在本步骤中，光增益控制单元42将在步骤S150中指定的、将供给加热器60的电流(设定加热器电流Jh)与在本步骤执行之前已经供给加热器60的电流(例如0mA)进行比较。
[0522] 作为比较结果，如果二者彼此一致，则光增益控制单元42维持供给加热器60的电流(例如0mA)。
[0523] 另一方面，如果二者不一致，则光增益控制单元42将加热器60保持于在步骤S150中指定的、将供给加热器60的电流(例如150mA)。
[0524] (iii)步骤S180
[0525] 在本步骤中执行的冷却/加热单元62的反馈控制中，用于进行反馈控制的物理量不是SOA 2(冷却/加热单元62)的温度，而是供给加热器60的电流。
[0526] 换言之，本步骤与实施例2的步骤S180基本上相同。
[0527] 如前所述，通过调整供给加热器60的电流，能够使SOA 2的光增益(和饱和光输出功率)以微秒量级变动。
[0528] 因此，通过本光放大控制装置58，能够以高速控制SOA。
[0529] (实施例6)
[0530] 本实施例涉及一种光放大控制装置(光放大器模块)，其中，冷却/加热单元将SOA 2的中心部分加热到比实施例5中更高的温度。
[0531] SOA的饱和光输出功率由光的出射端附近98(在此处，在SOA中传播的放大光的强度变大)中的有源层33的状态来确定。即，光的出射端附近98中的温度越低，饱和光输出功率越大。
[0532] 同时，SOA 2的噪声由光的入射端附近96(其是放大自发发射(ASE)的主要生成位置)中的有源层33的状态确定。即，光的入射端附近96中的温度越低，SOA噪声越小。
[0533] 根据本实施例的光放大控制装置的加热器以如下方式形成：使得可以将SOA的光的入射端96和出射端98的内侧分别加热至比入射端和出射端更高的温度。因此，根据本实施例的光放大控制装置，能够增加放大光的光强度并且减小放大光的噪声。
[0534] 为了在入射端96附近和出射端98附近二者的内侧都产生高温，加热器60的两端可以形成为离SOA的入射端96和出射端98例如100μm远(参照图21)。
[0535] 可替换地，设置在SOA 2上的加热器可以分为三个部分，这三个部分分别置于SOA2的光的入射端侧、内侧与光的出射端侧。
[0536] 图28是示出在SOA 2上布置这种加热器(分割加热器)100的状态的平面图。图29是图28中图示的线A-A从箭头方向看的横截面图。
[0537] 如图28和图29所示，上述加热器100由光输入端侧加热器102、内部加热器104和光输出端侧加热器106组成。这里，光输入端侧加热器102和光输出端侧加热器106的每一个的长度是例如100μm。不同的是，内部加热器104的长度是500μm。
[0538] 除了形成冷却/加热单元的加热器62由前述加热器形成之外，根据本实施例的光放大控制装置的构造与根据实施例5的光放大控制装置的构造基本上相同。但是，当冷却/加热单元36由分割加热器100组成时，用于驱动光输入端侧加热器102和光输出端侧加热器106的加热器驱动单元与用于驱动内部加热器104的加热器驱动单元64分离地设置。
[0539] 根据本实施例的光放大控制装置的工作(和SOA的控制方法)与根据实施例5的工作(和SOA的控制方法)基本上相同。
[0540] 这里，在使用由参照图28和图29描述的加热器100组成的冷却/加热单元的情形下，加热器驱动单元64驱动内部加热器104。另一方面，对于光输入端侧加热器102和光输出端侧加热器106，自其他加热器驱动单元(未示出)供应比供给内部加热器104的电流小的电流。
[0541] (实施例7)
[0542] 本实施例涉及一种光传送设备，其具有在任何一个上述实施例中描述的光放大控制装置。
[0543] (1)构造
[0544] 图30是示出根据本实施例的光传送设备(收发器)的一个示例性构造的框图。
[0545] 作为实例，根据本实施例的光传送设备(收发器)108包括：第一光放大控制装置118，用于放大入射光信号114；以及第二光放大控制装置120，用于放大输出光信号110。
[0546] 此外，根据本实施例的光传送设备(收发器)108包括：光发送器112，用于生成并且输出将要输出的光信号110；以及光接收器116，用于接收并解码入射光信号114。
[0547] 这里，光发送器112例如是将发送数据(电信号)122光电转换成光信号的调制器集成型半导体激光器。此外，光接收器116还包括：光检测器，用于对入射光信号114进行光电转换；以及码判定电路，用于对上述光检测器的输出进行解码。上述码判定电路输出解码后的接收数据信号(电信号)124。
[0548] 此外，借助第一光放大控制装置120，根据本实施例的光传送设备(收发器)108对从光发送器112生成并且输出的光信号进行放大并且输出。
[0549] 另外，在本光传送设备(收发器)108中，第二光放大控制装置118放大入射光信号114，然后通过光接收器116接收该入射光信号114并且对其进行合成。
[0550] 这里，第一和第二光放大控制装置118、120是APC控制型。
[0551] 此外，本光传送设备(收发器)108包括：控制单元126，用于根据外部控制信号128的每个命令，控制光发送器112、光接收器116以及第一和第二光放大控制装置118、120的工作。
[0552] 此外，本光传送设备(收发器)108包括：光波长过滤器130，用于除去在第一光放大控制装置118中生成的放大自发发射(ASE)。
[0553] 另外，本光传送设备(收发器)108中的每一个信号光传播路径均由光纤构成。
[0554] (2)工作
[0555] 接着，将描述本光传送设备(收发器)108的工作。
[0556] 借助根据控制单元126的命令工作的第一光放大控制装置118，入射到本光传送设备(收发器)108的光信号114被放大到预定的光强度。
[0557] 在通过光波长过滤器130除去放大自发发射(ASE)之后，由光接收器116接收通过第一光放大控制装置118放大的光信号114。
[0558] 之后，光接收器116根据来自控制单元126的命令对接收到的光信号114进行光电转换，并且在合成之后，作为接收到的数据信号(电信号)124输出。
[0559] 另一方面，根据来自控制单元126的命令，光发送器112将外部供应的发送数据信号(电信号)122转换成光信号110，并且输出转换后的信号。根据来自控制单元126的命令，第二光放大控制装置120将从光发送器112输出的光信号放大到预定光强度并且将其输出。
[0560] 因为根据本实施例的光传送设备通过根据实施例1至6的光放大控制装置来放大信号光，所以能够增加信号光的光强度。因此，根据本实施例的光传送设备具有大的输出功率(发送光的强度)，以及对输入光(接收光的强度)的高敏感度。
[0561] 以上描述中的各实例涉及对光信号进行发送和接收二者的光传送设备(所谓的收发器)。但是，根据实施例1至6的光放大控制装置也可以应用于仅进行光信号发送的光传送设备(所谓的发送器)，或者应用于仅进行光信号接收的光传送设备(所谓的接收器)。
[0562] 另外，根据实施例2或4的光放大控制装置可以应用于内嵌(inline)光放大设备或者光中继器(转发器)。
[0563] 通过使用任何一种前述光传送设备来实施城域接入网和数据通信，都能够获得低成本的小尺寸系统。
[0564] 另外，为了增加对图案效应的抑制效果，也可以将与信号光具有不同波长的光注入到构造前述实施例1至6的SOA 2中。
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