JP4008617B2 - 光源の周波数安定化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重(以後WDMと記す)光通信用光源における、光源周波数の、確度と安定度を上げるための、WDM光源の周波数安定化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信の分野でも、伝送量の増大化が求められている。この伝送量の増大に対処するため、従来は、光ファイバの対数を増やす空間多重や、電気領域での多重(周波数分割多重、時分割多重)等の方策が取られてきた。しかし、この方策のみでは、急激な伝送量増大要求への対処が難しいため、近年WDM光通信技術の開発が進められている。このWDM光通信では、波長の異なるWDM光源を用いて、1本の光ファイバ上に複数の独立した伝走路を構成できるため、急激な伝送量増大要求への対処も可能になってくる。但し、WDM光源の光源周波数の、確度と安定度を上げる技術が不可欠になってくる。この目的を達成するために、例えば「現場環境下におけるマッハツェンダ型フィルタを用いた光源周波数安定化特性」:坂本、織田他:NTT:97年信学会B−10−216等の技術が提案されている。この技術では、マッハツェンダ型フィルタの呈する複数の透過周波数のピーク点にWDM光源の複数の光源周波数を固定させる方法をとっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような最新の技術にも以下に記すような解決すべき課題が、まだ、残されていた。
1.マッハツェンダ型フィルタは、理論的には、透過周波数域と阻止周波数域が櫛歯状に等周波数間隔で複数個繰り返す特性を有している。しかし厳しい仕様を求められた場合に、製造上の誤差や、偏波依存性等によって目標周波数からずれることもあり得る。したがって、複数の透過周波数のピーク点とWDM光源の複数の光源周波数がずれる可能性もある。
【0004】
2.マッハツェンダ型フィルタの、上記櫛の歯状の特性による制約から、光源周波数を自由に選択することができない。
【0005】
3.マッハツェンダ型フィルタの呈する複数の透過周波数のピーク点に、WDM光源の複数の光源周波数を導くために、フィルタのヒータ電源に正弦波電源を印加してディザリングする必要がある。従って、場合によっては、周辺機器への温度変化の影響について、配慮を要することも起こり得る。ここで言う、ディザリングとは、マッハツェンダ型フィルタの櫛歯状の特性を一定の周期に従って振らせることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
〈構成1〉
光通信用の出力すべき発振周波数の設定されている光源から出力される被変調光を一定の角速度の変調信号で振幅変調した光信号に変換して出力する外部変調器と、上記光信号をその波長変化に応じた遅延時間を上記角速度に対する位相差として示す分散光信号に変換する分散発生器と、上記分散光信号に局部発振光源から出力される局部発振光信号を混合して光電変換し、上記位相差を示すエンベロープを現す電気信号に変換する光電変換部と、上記変調信号の周波数の信号を抽出するバンドパスフィルタに上記電気信号を通すと共に該電気信号に上記変調信号をミキサで混合し、該混合信号をローパスフィルタに通して上記位相差に対応する位相差成分信号を出力する位相差検出器と、該位相差成分信号の基準レベルとの差を温度制御信号として出力する比較器と、該温度制御信号に基づいて上記光源の発振周波数を制御する温度制御回路とを含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【0007】
〈構成2〉
構成1に記載の光源の周波数安定化装置において上記局部発振光源は、上記局部発振光信号の温度変化を補償するための温度調整回路及び出力パワー調整回路により制御されていることを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【0008】
〈構成3〉
構成2に記載の光源の周波数安定化装置において、上記局部発振光信号の一部を電気信号に変換して上記温度調整回路及び上記出力パワー調整回路に帰還させる終端受光器を更に含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態について具体例を用いて詳細に説明する。
〈具体例1の構成〉
光通信用の被変調光を出力する複数の光源の出力から光スイッチを用いて一つの被変調光を選択して受け入れる。この選択された被変調光を外部変調器を用いて任意に設定された一定の角速度の変調波信号で振幅変調する。この振幅変調された光信号を、受け入れてから出力するまでの遅延時間に、波長依存性がある分散発生器に送る。この分散発生器の出力する光信号を光電変換部で電気信号に変換する。ここで分散発生器に入力する光信号と、前記分散発生器から出力する光信号の位相差を検出することによってその波長を測定することができる。この位相差検出は、分散発生器の出力する振幅変調された光信号を光電変換部で電気信号に変換してエンベロープを取り出し、このエンベロープと上記変調波信号とを比較することによって検出される。
【0010】
ここで、光電変換部は、各チャネル毎に出力される被変調光と異なる波長の局部発振光信号を出力する局部発振光源を備え、この局部発振光信号を自己が受け入れて光電変換する光信号に混合する。この混合された出力光を入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を持つ受光器で光電変換する。その結果、上記自己が受け入れて光電変換する光信号と上記局部発振光信号との乗算信号を生成させることができる。即ち上記局部発振光信号の振幅を大きくすることによって上記乗算信号を大きくすることができる。即ち、上記自己が受け入れて光電変換する光信号を等価的に光増幅することができる。
【0011】
図1は、具体例1によるWDM光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
図より、具体例1によるWDM光通信用光源は、CH1〜CHnまでn個の光源基板と、光スイッチ1と、外部変調器2と、分散発生器3と、光電変換部4と、位相差検出器Pと、比較器Rとを備える。
【0012】
CH1〜CHnまでn個の光源基板は、それぞれ1個のチャネルを形成する光信号発生部分である。更に、各チャネルを形成する光源基板毎に、それぞれ、1個の光源(LD1〜LDn)と、1個の温度制御回路(TEC1〜TECn)と、1個のカプラ(A1〜An)を備える。
【0013】
光源(LD1〜LDn)は、各チャネルに相当する波長λでそれぞれ発振するレーザダイオードである。即ち、光通信用の被変調光を出力する部分である。
温度制御回路(TEC1〜TECn)は、後に、具体例の動作の項で詳細に説明する制御信号によって、光源(LD1〜LDn)の発振周波数を変化させる部分である。
【0014】
カプラ(A1〜An)は、各チャネル毎に被変調光Ecの一部を分離して取り出す部分である。
光スイッチ1は、上記CH1〜CHnまでn個の光源基板によって形成されるn個のチャネルのうちから1個のチャネルを選択するスイッチである。
【0015】
外部変調器2は、CH1〜CHnまでn個の光源基板が形成するチャネルの被変調光Ecの一部を受け入れ、任意に設定された一定の角速度のマーカ信号Emで振幅変調する部分である。一例としてニオブ酸リチウム単結晶等から構成される。
分散発生器3は、外部変調器2から振幅変調された光信号Eoを受け入れて、例えば、チャープドファイバブラッググレーティング(以後CFBGと記す)等を用いて波長分散させる部分である。この構成の詳細については、具体例の動作の項で併せて説明する。
【0016】
光電変換部4は、分散発生器3から、波長分散された光信号Edを受け入れて、上記被変調光Ecとは異なる波長の局部発振光信号Eeを混合する。この混合された光信号Ed+Eeを入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を備える受光器8で光電変換する。その結果局部発振光信号Eeと、波長分散された光信号Edとの乗算信号Esを生成させる部分である。この光電変換部4はカプラBと、局部発振光源5と、温度調整回路6と、出力パワー調整回路7と、受光器8とから構成される。
【0017】
カプラBは、上記分散発生器3から波長分散された光信号を受け入れて、後に説明する局部発振光信号Eeを混合する部分である。
局部発振光源5は、上記被変調光Ecとは異なる波長の局部発振光信号Eeを出力する光源である。通常バック光をフォトダイオードでモニタするレーザダイオードが用いられる。
温度調整回路6と出力パワー調整回路7は、上記局部発振光源5の出力の温度による変化を補償する回路である。
【0018】
受光器8は、入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を備えるフォトダイオードである。カプラBから、波長分散された光信号Edと局部発振光信号Eeを混合した信号Ed+Eeを受け入れて光電変換し、前記局部発振光信号Eeと、前記分散された光信号Edとの乗算信号Esを生成させる部分である。
この乗算信号Esを生成させる原理については後に動作の説明の中で図を用いて詳細に説明する。
増幅器9は、光電変換部4が変換した電気信号を増幅する部分である。
【0019】
位相差検出器Pは、上記各チャネル毎に光源(LD1〜LDn)の発振周波数を安定化させるため、制御信号を得る部分である。更に、バンドパスフィルタBPF1と、ミキサMIX1と、ローパスフィルタLPF1を備える。
【0020】
バンドパスフィルタBPF1は、上記乗算信号Esのみを抽出する帯域通過フィルタである。
ミキサMIX1は、バンドパスフィルタBPF1の出力に、上記外部変調器2で変調波信号として用いたマーカ信号Emを混合(掛け算)する部分である。
【0021】
ローパスフィルタLPF1は、ミキサMIX1が出力する、角速度が2倍になった成分と、直流成分を受け入れて、直流成分のみを通過させる部分である。
比較器Rは、ローパスフィルタLPF1の出力を受け入れて、予め各チャネルごとに定められた基準電圧と比較する部分である。その結果は制御信号として各チャネルの温度制御回路(TEC1〜TECn)に帰還される。
【0022】
〈具体例1の動作〉
図1において、各チャネル毎にn個の光源(LD1〜LDn)が、それぞれ波長(λ1〜λn)の被変調波を発振している。この被変調波の一部が、カプラ(CPL1〜CPLn)によって分離されて、光スイッチ1に送られる。この光スイッチ1は、特定のチャネルの被変調光Ecを選択して外部変調器2へ送る。動作説明の前提条件としてチャネルをCH1に固定して以下の説明を行う。外部変調器2は、このCH1の被変調波を変調波信号(以後マーカ信号Emと記す)で振幅変調して振幅変調された光信号Eoを分散発生器3へ送る。分散発生器3は、この振幅変調された光信号Eoに対し、波長に応じた遅延を発生させる。
【0023】
ここで被変調光Ecとマーカ信号Emを次式で表す。
Ec=Ac・COSωcT …(1式)
Em=Am・COSωmT …(2式)
更に、振幅変調された光信号Eoは、(1式)、(2式)より
Eo=Ac(1+K・COSωmT)COSωcT …(3式)
と表される。ここでAc、Amは、それぞれ被変調光Ecの振幅、マーカ信号Emの振幅を表し、ωc、ωmは、それぞれ被変調光Ecの角速度、マーカ信号Emの角速度を表している。更に、Tは時間を、Kは変調率を、それぞれ表している。
【0024】
分散発生器3の構成及び原理について図を用いて説明する。
図2は、分散発生器の説明図である。
(a)は分散発生器の構成を示す図である。(b)は、その特性を示す図であり、横軸に波長λ、縦軸に遅延時間Tdを表している。
分散発生器3(図1)は、サーキュレータ21とCFBG22を備える。サーキュレータ21は、例えば図のようにA、B、Cの3開口を所持している場合、開口Aに入力された光信号は、開口Bに出力され、開口Bに入力された光信号は、開口Cに出力されるように、いわゆる交通整理をするデバイスである。
【0025】
CFBG22は、光ファイバのコア部分に、長さ方向に回折格子状に、微小間隔で屈折率の大きな部分と小さな部分を連続繰り返しで、多数形成した特種な光ファイバである。サーキュレータ21の開口Bに、このCFBG22を接続する。更にこのCFBG22の回折格子状の、微小間隔は、開口Bから遠ざかるに従って大きくする。
【0026】
以上の構成による分散発生器3の開口Aに、波長λ1、λ2(λ1<λ2)の、2つの光信号が入力されたと仮定する。その時、開口Bから、CFBG22に出力されたλ1、λ2、2つの光信号は、CFBG22中に形成された回折格子状の部分によって反射される。この回折格子状の、微小間隔は、開口Bから遠ざかるに従って大きくなるため、波長λ1の信号に比較して、波長λ2の信号がより遅延して開口Bに戻る。この波長と遅延時間の関係を示した図が(b)である。波長λが大きくなるにつれて遅延時間Tdが大きくなることを示している。
【0027】
従って、振幅変調された光信号Eo(3式)が、サーキュレータ21を通ると以下に示す波長分散された信号Edになる。
Ed=Ac{1+K・COS(ωmT+θ1)}COSωcT…(4式)
ここでθ1は、CFBG22の中で発生した遅延時間に起因する絶対位相であり次式で表される。ここでは上記前提条件により波長はλ1なので、
θ1=2π・Td/λ1 …(5式)
即ち、遅延時間Tdに起因する絶対位相θ1だけエンベロープが遅延したのと等価になる。
【0028】
分散発生器3の構成及び原理についての説明を終了したので再度、図1に戻って具体例1の動作についての説明を続ける。
分散発生器3で波長分散された光信号Ed(4式)は、光電変換部4へ送られる。
カプラBは、分散発生器3から、波長分散された光信号Edを受け入れる。同時に被変調光Ecと異なる波長の局部発振光信号Eeを受け入れて両者を混合する。この混合された光信号Ed+Eeを受光器8で光電変換して前記局部発振光信号Eeと、上記波長分散された光信号Edとの乗算信号Esを生成させる。
Eeを以下のように定める。
Ee=Ae・COSωeT …(6式)
ここでAeは、局部発振光信号の振幅を表し、ωeは、局部発振光信号の角速度を表している
【0029】
次に図を用いて、光電変換部4が、混合された光信号Ed+Eeから乗算信号Esを生成させる原理について説明する。
図3は、光電変換部の動作原理説明図である。
図3より受光器8は、入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を備えるフォトダイオードである。通常この入出力特性は、2次曲線で近似される。
従って、受光器8に、混合された光信号Ed+Eeを入力すると出力からは(Ed+Ee)2に比例した電気信号が得られる。
【0030】
ここでEd≪Eeと置くと次式が成立する。
(7式)に上記(4式)と(6式)を代入して整理すると、図3より次式が得られる。
(Ed+Ee)2=(1/2)Ae2(COS2ωeT+1)+Ae・Ac{1+KCOS(ωmT+θ1)}COS(ωe+ωc)T+Ae・Ac{1+KCOS(ωmT+θ1)}COS(ωe−ωc)T …(8式)
【0031】
(8式)第1項において、受光器8(図1)の周波数特性は、COS2ωeTの角速度が大きすぎて追随できないので振幅(1/2)Ae2の直流レベルが現れる。同様に第2項、第3項においても受光器8(図1)の周波数特性は、COS(ωe+ωc)T、及びCOS(ωe−ωc)Tの角速度が大きすぎて追随できない。従って第2項及び第3項は、それぞれ搬送波COS(ωe+ωc)TのエンベロープAe・Ac{1+KCOS(ωmT+θ1)}と、搬送波COS(ωe−ωc)TのエンベロープAe・Ac{1+KCOS(ωmT+θ1)}が現れる。
【0032】
従って受光器8(図1)の出力Esは、次式で近似される。
Es=直流成分+C・COS(ωm+θ1) …(9式)
ここでCはエンベロープAe・Ac{1+KCOS(ωmT+θ1)}の振幅Ae・Acに比例する常数である。
以上の結果、振幅Aeの大きい局部発振光信号Eeを波長分散された光信号Edに混合することによって実質的に波長分散された光信号Edを増幅したのと同様の効果を得ることができる。
【0033】
再度図1に戻って具体例1の動作説明を続ける。
上記受光器8の出力Es(9式)は、更に、増幅器9で増幅されて位相差検出器P1に送られる。この増幅器9の出力Eaは、上記(9式)から直流成分がカットされて、
Ea=D・COS(ωm+θ1) …(10式)になる。
【0034】
この増幅器9の出力Eaを受け取ったバンドパスフィルタBPF1は、上記マーカ信号Emの角速度ωmの正弦波のみ抽出する。バンドパスフィルタBPF1を通過した電気信号は、上記Ea(10式)に近似される信号である。θ1は、分散発生器3で、CH1の光信号に発生する遅延時間を絶対位相で表した値であり、θ1=2π・Td/λ1の関係が成立する。
【0035】
ミキサMIX1は、バンドパスフィルタBPF1から受け入れた上記Ea=D・COS(ωm+θ1)(10式)に近似される信号とマーカ信号Em=AmCOSωmTを混合(掛け算)する。その結果、COS(2ω1t+θ1)とCOSθの2成分を主成分として出力する。ここで振幅は、説明を簡単にするため振幅調整して1に正規化してあるものとする。上記2つの主成分を受け入れたローパスフィルタLPF1は、COSθ1のみ通過させる。このCOSθ1は直流に近似されたレベル信号であり、そのレベルの大小は、CH1の光信号の波長λ1の遅延時間Td1に依存している。
【0036】
比較器R1は、このレベル信号を受け入れて予め定められている基準電圧Vr1と比較する。この基準電圧Vr1は、遅延時間Td1(図2(b))に相当するレベル信号の値、つまりCOSθ1=COS(2π・Td1/λ1)に設定される。もし比較器R1が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Vr1よりも小さい時(図2(b)のa点)、制御信号を温度制御回路TEC1に送って、光源LD1の発振周波数を下げ、波長λ1をΔλ増加させるように制御する。その結果遅延時間Td1はΔTd増加して図2(b)のc点に向かう。もし比較器R1が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Vr1よりも大きい時(図2(b)のb点)、制御信号を温度制御回路TEC1に送って、光源LD1の発振周波数を上げ、波長λ1をΔλ減少させるように制御する。その結果遅延時間Td1はΔTd減少して図2(b)のc点に向かう。
その結果、CH1の光源LD1の光信号出力の波長は、自動的にλ1に制御される。
【0037】
実際の実験値として、CH1(λ1;1.55μm)で、重畳信号発生回路の周波数を100MHz、分散発生器3の分散特性、約1000pSec/nm、でλ1が1pm変化した時に比較器R1の出力変動、約10mVを得た。
【0038】
同様にして、光スイッチ1を切り換えることによって他のCH2〜CHnまでの光源(LD2〜LDn)の波長も、それぞれ自動的に(λ2〜λn)に制御される。
以上の説明は、波長分割多重光源について説明したが、この適用範囲は、波長分割多重光源に限定されるものではない。n=1の場合であっても上記と全く同様に適用可能である。
【0039】
また、以上の説明は、分散発生器3(図1)としてサーキュレータ21(図2)とCFBG22(図2)を備える構成に限定して説明したが、この構成に限定されるものではない。波長分散特性を持つ素子であれば良く、例えば光通信ネットワーク中で発生する、波長分散を補償するために用いられる、分散補償用ファイバで構成することも可能である。
【0040】
更に、上記説明では受光器8(図1)の入出力特性を入力光信号振幅に対して、その2乗に比例する電気信号を出力する、いわゆる2乗特性に限定して説明した。しかし本発明は、この2乗特性に限定されるものではない。上記波長分散された光信号Edの振幅Adと上記局部発振光信号Eeの振幅Aeを乗算した値Ad・Aeの振幅を持つ成分を出力するものであればよい。即ち3乗特性であっても4乗特性であってもよい。
【0041】
〈具体例1の効果〉
以上説明したように、上記構成を備えることにより、以下の効果を得た。
1.分散発生器3によって発生する遅延時間に基づいて光源(LD1〜LDn)の出力波長(λ1〜λn)を制御しているため、光源の波長を櫛歯状にとびとびに選択する必要がなくなり、連続的、かつ任意に選択することが可能になる。
【0042】
2.仮に、各構成部分の精度誤差によって、光源(LD1〜LDn)の出力波長(λ1〜λn)間に、遅延時間誤差が発生しても、比較器(R1〜Rn)に印加する基準電圧を個別に調整することによって、容易にその誤差を吸収することができるようになる。
【0043】
3.従来例に記した、マッハツェンダ型フィルタを必要としなくなったため、ディザリングに要する温度制御を必要としなった。その結果周辺機器への温度変化による悪影響が無くなる。
【0044】
4.従来例に比して、高価な構成部分を必要としないため、装置の低価格化推進に役立つ。
5.受光器が受け入れる光信号の振幅は、局部発振光信号Eeによって実質的に光増幅されるために波長制御の精度が大幅に向上する。
【0045】
〈具体例2の構成と動作〉
図4は、具体例2によるWDM光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
図より、具体例2によるWDM光通信用光源は、CH1〜CHnまでn個の光源基板と、光スイッチ1と、外部変調器2と、分散発生器3と、光電変換部24と、位相差検出器Pと、比較器Rとを備える。
具体例1との差異のみについて説明する。
【0046】
光電変換部24は、受光器8と、カプラBと、局部発振光源25と、温度調整回路26と、出力パワー調整回路27と、終端受光器28から構成される。
温度調整回路26と出力パワー制御回路27は、局部発振光源25の出力の温度による変化を補償する回路である。
【0047】
具体例1では、局部発振光源5(図1)は、通常バック光をフォトダイオードでモニタするレーザダイオードが用いられる。具体例2では、カプラBの終端に光フィルタ及び終端受光器28を備える。この光フィルタ及び終端受光器28によって出力光Eeを直接モニタして、その出力電圧を温度調整回路26と、出力パワー調整回路27へ帰還させる構成をとる。
その他の構成動作は、具体例1の構成動作と全く同様なので説明を割愛する。
【0048】
〈具体例2の効果〉
カプラBの終端部に終端受光器28を備えて出力光を直接モニタして、その出力電圧を温度調整回路26と、出力パワー調整回路27へ帰還させる構成をとることにより以下の効果を得る。
1.レーザダイオードのトラッキングエラーよる影響を受けることなく安定したパワーを供給することが可能になる。
2.その結果WDM光源波長をより一層安定化させることができる。
【0049】
〈具体例3の構成〉
具体例1に備える位相差検出器P1(図1)では、比較器R1(図1)への出力COSθ1の振幅(具体例1の説明では1に正規化して説明した)が、入力信号Ea=D・COS(ωm+θ1)(10式)の振幅Dに比例している。この状態では、振幅Dが温度変化等によって変化した場合に直接COSθ1の振幅変動となつて出力される。即ち、外部変調器2(図1)、分散発生器3(図1)、光電変換部4(図1)での振幅変動によって比較器R1の出力が変動し、WDM光源波長の安定化を阻害する。具体例3は、この弊害除去を目的として、π/2ハイブリット2分岐回路と2個のミキサを備え、入力信号の振幅に依存しない位相差検出器を構成する。
【0050】
図5は、具体例3によるWDM光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
図より、具体例3によるWDM光通信用光源は、CH1の光源基板と、外部変調器2と、分散発生器3と、受光器8と、増幅器9と、位相差検出器31と、比較器R1とを備える。
【0051】
CH1の光源基板は、1個のチャネルを形成する光信号発生部分である。この光源基板は、光源LD1と、カプラA1を備える。
【0052】
光源LD1は、CH1に相当する波長λ1で発振するレーザダイオードである。即ち、光通信用の被変調光を出力する部分である。
温度制御回路TEC1は、制御信号によって、光源LD1の発振周波数を変化させる部分である。
【0053】
カプラA1は、CH1の被変調光Ecの一部を分離して取り出す部分である。
外部変調器2は、CH1の光源基板が形成するチャネルの被変調光Ecの一部を受け入れ、任意に設定された一定の角速度のマーカ信号Emで振幅変調する部分である。一例としてニオブ酸リチウム単結晶等から構成される。
分散発生器3は、外部変調器2から振幅変調された光信号Eoを受け入れて、例えば、分散補償用ファイバや、チャープドファイバブラッググレーティング(以後CFBGと記す)等を用いて波長分散させる部分である。
【0054】
受光器8は、分散発生器3から、波長分散された光信号Edを受け入れて光電変換するフォトダイオードである。
増幅器9は、受光器8が変換した電気信号を増幅する部分である。
位相差検出器31は、上記光源LD1の発振周波数を安定化させるため、制御信号を得る部分である。更に、その内部にバンドパスフィルタBPF1と、π/2ハイブリット2分岐回路32と、ミキサA1とミキサBと、アナログ演算器33を備える。
【0055】
バンドパスフィルタBPF1は、マーカ信号の周波数帯、即ちCOSωmTのみを通過させる帯域通過フィルタである。
π/2ハイブリット2分岐回路32は、上記マーカ信号の周波数帯、即ちCOSωmTの入力を受け入れて相互にπ/2位相の異なる2信号、COSωmTと、SINωmTを出力する回路である。通常同軸ケーブルやストリップ線路を用いて構成される。
ミキサA1とミキサBは、2信号掛け算器である。
【0056】
ローパスフィルタLPF1とローパスフィルタLPF2は、それぞれミキサA1とミキサBの出力を受け入れてその低域成分のみを出力する低域通過フィルタである。
アナログ演算器33は、ローパスフィルタLPF1とローパスフィルタLPF2の出力を受け入れて所定のアナログ演算を行う回路である。この詳細については、後に動作の項で図を用いて説明する。
比較器R1は、位相差検出器31の出力を受け入れて、予めCH1に定められた基準電圧Vr1と比較する部分である。その結果を制御信号として温度制御回路TEC1に帰還する部分である。
【0057】
〈具体例3の動作〉
図5において、CH1の光源LD1が、波長λ1の被変調光Ecを発振している。この被変調光Ecの一部が、カプラA1によって分離されて、外部変調器2へ送られる。外部変調器2は、このCH1の被変調光Ecをマーカ信号Emで振幅変調して振幅変調された光信号Eoを分散発生器3へ送る。分散発生器3は、この振幅変調された光信号Eoを波長分散させる。
【0058】
ここで被変調光Ecとマーカ信号Emを次式で表す。
Ec=Ac・COSωcT …(1式)
Em=Am・COSωmT …(2式)
更に、振幅変調された光信号Eoは、(1式)、(2式)より
Eo=Ac(1+K・COSωmT)COSωcT …(3式)
と表される。ここでAc、Amは、それぞれ被変調光Ecの振幅、マーカ信号Emの振幅を表し、ωc、ωmは、それぞれ被変調光Ecの角速度、マーカ信号Emの角速度を表している。更に、Tは時間を、Kは変調率を、それぞれ表している。
【0059】
この振幅変調された光信号Eo(3式)が分散発生器3へ送られる。
分散発生器3の構成及び原理については、具体例1と全く同様なので説明を割愛して、その結果を用いる。
振幅変調された光信号Eo(3式)が、分散発生器3を通ると以下に示す波長分散された信号Edになる。
Ed=Ac{1+K・COS(ωmT+θ1)}COSωcT…(4式)
【0060】
ここでθ1は、分散発生器3の中で発生した遅延時間に起因する絶対位相であり次式で表される。CH1の波長はλ1なので、
θ1=2π・Td/λ1 …(5式)
即ち、遅延時間Tdに起因する絶対位相θ1だけエンベロープが遅延したのと等価になる。
【0061】
分散発生器3で波長分散された光信号Ed(4式)は、受光器8へ送られる。受光器8の周波数特性は、COSωcTの角速度が大きすぎて追随できないので搬送波COSωcTのエンベロープAc{1+KCOS(ωmT+θ1)}のみが現れる。
【0062】
従って受光器8の出力Esは、次式で近似される。
Es=直流成分+C・COS(ωm+θ1) …(9式)
ここでCはエンベロープAe・Ac{1+KCOS(ωmT+θ1)}の振幅Ae・Acに比例する常数である。
このEsは、増幅器9で直流カットされ、かつ増幅され、さらにバンドパスフィルタBPF1を通過して次式となる。
Ea=D・COS(ωm+θ1) …(10式)
このEaがπ/2ハイブリット2分岐回路32へ送られる。
以下に図を用いて位相差検出器31の動作について説明する。
【0063】
図6は、具体例3の原理説明図である。
π/2ハイブリット2分岐回路32〜アナログ演算器33に至る信号演算の流れについて説明した図である。
図6より、π/2ハイブリット2分岐回路32が、バンドパスフィルタBPF1を通過した信号Ea(10式)を受け入れて、相互にπ/2位相の異なる2信号
Eh=H・SIN(ωm+θ1) …(11式)と、
Ei=H・COS(ωm+θ1) …(12式)を出力する。
【0064】
Eh(11式)は、ミキサAでマーカ信号Em(2式)を掛け算され、
X=(Am・H/2){SIN(2ωmT+θ1)+SINθ1}…(13式)に変換される。同様にしてEi(12式)は、ミキサBでマーカ信号Em(2式)を掛け算され、
Y=(Am・H/2){COS(2ωmT+θ1)+COSθ1}…(14式)に変換される。
【0065】
ローパスフィルタLPF1は、X(13式)を受け入れて、その低域成分、
XL=F・SINθ1 …(15式)を得る。
同様にしてローパスフィルタLPF2は、X(14式)を受け入れて、その低域成分、
YL=F・COSθ1 …(16式)を得る。
【0066】
アナログ演算器33は、XL(15式)とYL(16式)から、
F=(XL 2+YL 2)1/2 …(17式)を得る。
YL(16式)とF(17式)から、
YL/F=COSθ1 …(18式)を得る。
【0067】
ここで留意すべき事項は、以下の通りである。
(18式)では、光源基板CH1〜位相差検出器31に至る間の信号表現に用いられた振幅常数、例えばAc、Am、H、D等の全てが消去されている。レベル信号の大小はCOSθ1のみによって表されている。
即ち、(18式)は、光源基板CH1〜位相差検出器31に至る間で温度変化等の要因等によって振幅常数に変動があっても測定結果COSθ1には影響を及ぼさないことを意味している。
以上で位相差検出器31の動作説明を終了したので、再度図5に戻って具体例3の動作説明を継続する。
【0068】
比較器R1は、このレベル信号COSθ1を受け入れて予め定められている基準電圧Vr1と比較する。この基準電圧Vr1は、既に具体例1において説明したように遅延時間Td1(図2(b))に相当するレベル信号の値、つまりCOSθ1=COS(2π・Td1/λ1)に設定される。もし比較器R1が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Vr1よりも小さい時(図2(b)のa点)、制御信号を温度制御回路TEC1に送って、光源LD1の発振周波数を下げ、波長λ1をΔλ増加させるように制御する。その結果遅延時間Td1はΔTd増加して図2(b)のc点に向かう。
【0069】
もし比較器R1が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Vr1よりも大きい時(図2(b)のb点)、制御信号を温度制御回路TEC1に送って、光源LD1の発振周波数を上げ、波長λ1をΔλ減少させるように制御する。その結果遅延時間Td1はΔTd減少して図2(b)のc点に向かう。
その結果、CH1の光源LD1の光信号出力の波長は、自動的にλ1に制御される。
【0070】
上記説明では、CH1のみに限定して説明したが本発明はこの具体例に限定されるものではない。即ち、具体例1と同様にCH1〜CHnまでn個の光源基板を備え、光スイッチによってn個のチャネルのうちから1個のチャネルを選択する構成にして、その選択されたチャネル毎に比較器R1に加える基準電圧を切り換える構成にしてもよい。
更に、受光器8に代えて具体例1の光電変換部4(図1)を備える構成にしてもよい。
【0071】
〈具体例3の効果〉
以上説明したように位相差検出器31を備えることにより以下の効果を得る。
1.光源基板CH1〜位相差検出器31に至る間で温度変化等の要因等によって振幅常数に変動があっても測定結果COSθ1には影響を及ぼさなくなる。
2.その結果WDM光源波長をより一層安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】具体例1によるWDM光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
【図2】分散発生器の説明図である。
【図3】光電変換部の動作原理説明図である。
【図4】具体例2によるWDM光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
【図5】具体例3によるWDM光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
【図6】具体例3の原理説明図である。
【符号の説明】
1 光スイッチ
2 外部変調器
3 分散発生器
4 光電変換部
5 局部発振光源
6 温度調整回路
7 出力パワー調整回路
8 受光器
9 増幅器
A1 カプラ
B カプラ
BPF1 バンドパスフィルタ
Ch1〜Chn 光源基板
LD1〜LDn 光源
LPF1 ローパスフィルタ
MIX1 ミキサ
P 位相差検出器
R 比較器
TEC1〜TECn 温度制御回路
Vr1〜Vr2 基準電圧
Claims (3)
- 光通信用の出力すべき発振周波数の設定されている光源から出力される被変調光を一定の角速度の変調信号で振幅変調した光信号に変換して出力する外部変調器と、
前記光信号をその波長変化に応じた遅延時間を前記角速度に対する位相差として示す分散光信号に変換する分散発生器と、
前記分散光信号に局部発振光源から出力される局部発振光信号を混合して光電変換し、前記位相差を示すエンベロープを現す電気信号に変換する光電変換部と、
前記変調信号の周波数の信号を抽出するバンドパスフィルタに前記電気信号を通すと共に該電気信号に前記変調信号をミキサで混合し、該混合信号をローパスフィルタに通して前記位相差に対応する位相差成分信号を出力する位相差検出器と、
該位相差成分信号の基準レベルとの差を温度制御信号として出力する比較器と、
該温度制御信号に基づいて前記光源の発振周波数を制御する温度制御回路と、を含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。 - 請求項1に記載の光源の周波数安定化装置において、
前記局部発振光源は、前記局部発振光信号の温度変化を補償するための温度調整回路及び出力パワー調整回路により制御されていることを特徴とする光源の周波数安定化装置。 - 請求項2に記載の光源の周波数安定化装置において、
前記局部発振光信号の一部を電気信号に変換して前記温度調整回路及び前記出力パワー調整回路に帰還させる終端受光器を更に含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
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