CN101399428A - 控制设备、激光器设备、波长转换方法和程序 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制设备、激光器设备、波长转换方法和程序，供对光输出执行相位调制的波长可调光源之用。所述波长转换方法使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。所以，在不耗费成本或时间的情况下可以防止由异常振荡波长引起的错误锁定。

Description

控制设备、激光器设备、波长转换方法和程序

技术领域

本发明涉及一种波长可调光源的波长转换操作，所述波长可调光源被用于例如波分复用(WDM)传输系统。

背景技术

由于宽带时代的到来，为了有效地使用光纤，引入了实现1:N光波长通信的WDM传输系统。近来，对数十个光波长进行多路复用以实现更快速传输的密集波分复用(DWDM)设备正被广泛使用。关于这一点，每种WDM传输系统都需要与每个波长相对应的光源，所以，由高度的复用引起对WDM传输系统的需求迅速增加。

近来，正在研究可重新配置的光分插复用器(ROADM)用于其商业化，所述ROADM在每个节点处插进或分出特定波长。如果应用ROADM系统，则除由波长复用引起的传输容量增加以外，还可以通过改变波长来改变光路径，以便可以迅速提高光网络的自由度。

在DWM传输系统的光源中，执行单模振荡的分布式反馈激光器二极管(DFB-LD)由于方便和较高的可靠性已被广泛使用。DFB-LD包括在整个振荡器区域中形成的大约30nm深的衍射光栅，并获得稳定的单模振荡，所述稳定的单模振荡具有对应于衍射光栅的周期与两倍的等价折射率相乘所得到的波长。然而在通过操作温度来控制振荡波长的DFB-LD中，由于很难在较宽的范围内调节振荡波长，所以通过使用对于每个ITU格栅仅有波长不同的产品来配置WDM传输系统。为此，增加了货架控制成本或者需要用于处理故障的多余库存。在通过波长来改变光路径的ROADM中，如果使用一般的DFB-LD，则可调波长被局限在可由温度变化改变的大约3nm的波长范围内。所以，问题在于：很难构建有效地使用波长资源的ROADM的特定优点的灵活的光网络。

为了克服当前DFB-LD的问题并在较宽的波长范围内实现单模振荡，积极地执行对作为波长可调光源的波长可调激光器的研究。

然而在波长可调激光器中，问题在于：在波长转换期间输出的光输出容易变得不稳定。这是由于在将一个信道的稳定操作条件转换为另一个信道的稳定操作条件时，必然需要不稳定操作条件中的操作。为此，问题在于：在转换波长之时或紧随其后容易导致振荡操作的异常状态。

本发明涉及一种执行以下控制的技术，所述控制用于连续维持最佳操作条件以便即使在波长可调光源的波长转换期间也能使振荡波长稳定。

针对类似于本发明的无源光波回路(PLC)型的波长可调光源，开发了在日本专利申请未审公开(JP-A)2006-196554(专利文件1)和2006-216791(专利文件2)中描述的技术。

图1是示出了波长可调光源的示意图。

配置了实现激光器的多个谐振器以便具有彼此不同的光路径长度的第一到第三谐振器通过光耦合装置连接。此处，第一谐振器的光路径长度为L0，第二谐振器的光路径长度为L1，且第三谐振器的光路径长度为L2。

每个谐振器可以使用能够充当谐振器的任意元件，诸如以下将描述的标准具滤波器、Mach-Zehnder干涉仪和双折射晶体以及环形谐振腔等。由于光路径差异，构成多重谐振器的谐振器在自由光谱范围(FSR)方面稍有不同。为此，光传输更多地出现于在每个谐振器中出现的光传输的周期性变化相一致的波长(谐振波长)处。如上所述，在本发明中，将在光路径长度方面稍有不同的谐振器串联以便构成多重谐振器，并精确使用由此引发的游标效应。

第一到第三谐振器可以是分别包括具有不同光路径长度的环状波导的第一到第三环形谐振腔。此时，波长可调光源可由以下构成：多重谐振器；输入/输出侧的波导，其包括通过光耦合装置连接到第一到第三环形谐振腔之一的一端；反射侧的波导，其包括通过光耦合装置连接到第一到第三环形谐振腔中另一个的一端；基片，在其上形成多重谐振器、输入/输出侧波导和反射侧波导；光反射器，其被安装在反射侧波导的另一端上；光放大装置，其包括通过抗反射层连接到输入/输出侧波导的另一端的光输入/输出端；以及波长调节装置，用于通过多重谐振器改变相应的波长可调光源的谐振波长。

从光放大装置发射的光通过如下路径返回：光输入/输出端—>抗反射层—>输入/输出侧波导—>多重谐振器—>反射侧波导—>光反射器—>反射侧波导—>多重谐振器—>输入/输出侧波导—>抗反射层—>光输入/输出端。光回路充当滤波器，且仅特定波长的光返回。这是因为最大的反射出现于在每个环形谐振腔中出现的谐振频率周期性变化相一致的波长(谐振波长)处。

由于通过每个环形谐振腔的周长与波导折射率变化的组合来大大地改变在周期中相一致的波长，所以获得了有效的波长调节操作。见JP-A2006-196554(专利文件1)。可以通过例如热光效应来改变波导折射率。热光效应是材料的折射率随热度增大的现象，并且该现象通常可见于任何材料。即：可以通过使用多个环形谐振腔的温度特性来改变多重谐振器的谐振波长。还可以通过折射率控制方法或周长控制方法以及热光效应来改变波长。例如，有一种方法，用于例如通过并行组合Fabry-Perrot(FP)标准具滤波器来通过温度控制每个标准具的谐振频率或相位。

作为波长调节装置，可以使用例如：一种诸如薄膜状加热器之类的对环形谐振腔进行加热的装置、一种对环形谐振腔进行冷却的装置、一种改变光材料折射率的装置或一种机械地改变波导长度的装置。作为光放大装置，可以使用诸如以下将描述的半导体光放大器(以下称作“SOA(半导体光放大器)”)之类的光放大器、光纤放大器或诸如半导体激光器(激光器二极管)之类的光源。波导可由诸如石英玻璃或铌酸锂(LN)之类的任何材料构成。

在操作这种波长可调光源时，用于锁定波长的设备非常重要。波长调节光源可以以总体大约5THz移动振荡波长，但如果设置波长，则需要在2.5GHz范围内连续操作大约20年。用于可调范围的波长精度必须为1/1000或更高，且波长可调光源的每个组件的折射率必须连续维持四位或更多位精度。同时，很难通过诸如化合物半导体之类的、实际使用的器件材料较长时间维持四位或更多位光折射率稳定性。为此，需要不断地执行用于依据折射率变化来将操作条件最优化的控制。

在环形谐振腔类型的波长可调光源中，为了使振荡长度稳定，对SOA的相电流执行抖动控制。图2示出了相电流的优化方法。

如图2所示，在波长可调光源中，执行控制用于将调制后的相电流应用到正弦波并将PD电流输出的交流电(AC)幅度降至最小，其中所述正弦波所处的频率在安装在SOA中的相位控制区域内，所述PD电流输出被输出到安装在直通端口中的PD。

相位控制区域可以通过如下原理来控制折射率，所述原理即：通过光波导的注入电流来改变化合物半导体的禁带宽度。为了将输出到直通端口的光输出降至最小，控制相电流的直流电(DC)分量，以便对稳定的激光器操作条件执行优化。

即，当在从激光器振荡的光输出大约是预定频率变化(100MHz到1GHz)的情况下在SOA的相位控制区域中执行AC幅度时，稳定操作点是直通PD输出的AC分量为最小的情况。不断地调整SOA相电流的DC值以适合于这种最佳操作点。

这种控制被称作相电流抖动控制，并且在稳定操作条件下通过执行这种最佳控制来长时间地操作激光器。

在诸如本发明之类的使用可调谐振器的波长可调光源中，当操作激光器时，由于SOA的恶化或PLC的折射率的变化，最佳操作相电流的值在其内逐渐改变。当特性恶化时，在图2中示出了相位特性的一个示例。如果SOA恶化，则由于SOA中的折射率微小地改变，所以最佳操作SOA相电流值也改变，如图3所示。因此，由于最佳操作SOA相电流取决于特性的恶化，所以抖动控制是必要的。

如上所述，由于通过抖动控制执行对最佳相电流值的跟踪，所以即使SOA或PLC逐年恶化，也不会有振荡波长跳跃的情况。

因此，当波长可调光源连续地对相同波长进行操作时，不会出现问题，但当在如下状态下转换波长信道：在波长可调光源可能恶化的时段连续地执行操作时，如果波长可调光源没有针对由所述恶化偏移的相位分量进行校正，则在不稳定的相电流的条件下执行激光器振荡。

详细地，参考图4来描述不适当地操作抖动锁定的示例。图4是示出了横轴作为SOA相电流DC分量的量且纵轴作为直通PD的AC幅度的图。

可以通过对与由箭头(适当的波长锁定)指示的条件相对应的DC相电流值进行调整来执行最佳控制。

然而，如箭头(异常锁定)所指示，由于本地最小值表示凹类型的形状这种条件存在于AC幅度的相位特性中，所以存在对除箭头所指示条件以外的条件执行优化的情况。即，由于抖动幅度特性的形状不总是所安排的形状，所以有可能根据转换波长时的初始值来判断出在异常锁定点处已经执行了该“锁定”。此处，应当在位置“a”处执行“锁定”，但却在位置“b”和“c”处执行了“锁定”。

如果在这种相位条件下执行“锁定”，则会在不希望的波长处执行振荡，或即使在希望的波长处执行振荡也会输出质量不好的光(由于非线性降低导致在化合物半导体中出现强弱交替)。

其次，描述了上述现有技术的问题。

在一般的波长可调光源中，当转换波长时，将快门放下来以便防止异常的光进入光纤。在一般操作中，快门处于开放状态。因此，如果仅当转换波长时才输出异常特性的光，则没有问题。

为了避免上述问题，有一种方法，用于安装如波长锁定那样监视波长的光学设备，但该方法同样提高了成本。还有一种方法，用于通过一次扫描来测量相位特性，以便完整地定义相位形状，但由于为了获得准确的相位特性形状而需要执行高测量精度的测量，并且转换会花较长时间，所以该方法不合适。

发明内容

本发明旨在解决上述问题。为此，本发明的一般目的是：提供一种控制设备、一种激光器设备、一种波长转换方法和一种程序，它们可在不耗费成本或时间的情况下防止由异常振荡波长引起的错误锁定。

[控制设备]

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种控制设备，用于控制波长可调光源的波长转换，其中所述波长可调光源对光输出执行相位调制，所述控制设备包括：一种单元，其使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。

[激光器设备]

本发明的第二方面提供了一种激光器设备，所述激光器设备包括：控制单元，其控制波长可调光源的波长转换，其中所述波长可调光源对光输出执行相位调制，所述控制单元包括一种单元，所述单元使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。

[波长转换方法]

本发明的第三方面提供了一种波长转换方法，供对光输出执行相位调制的波长可调光源之用，所述波长转换方法包括：使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。

[程序]

本发明的第四方面提供了一种用于存储程序的计算机可读媒质，所述程序允许控制设备控制波长可调光源的波长转换，所述波长可调光源对光输出执行相位调制以便执行：用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值的处理。

本发明的第五方面提供了一种用于存储程序的计算机可读媒质，所述程序允许激光器设备控制波长可调光源的波长转换，所述波长可调光源对光输出执行相位调制以便执行：用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值的处理。

附图说明

图1是示出了根据现有技术的波长可调光源的配置图；

图2是示出了根据现有技术的抖动锁定结构的图；

图3是示出了根据现有技术的、在特性恶化时的相位特性的图；

图4是示出了根据现有技术的、抖动锁定不适当操作的示例的图；

图5是示出了根据本发明典型实施例的、在增加抖动幅度时的相位特性的图；

图6是示出了根据本发明典型实施例的抖动幅度增大的图；

图7是示出了根据本发明典型实施例的波长转换处理流程的图；

图8是示出了根据本发明典型实施例的波长转换处理流程的图；

图9是示出了根据本发明典型实施例的波长转换处理流程的图；

图10是示出了根据本发明典型实施例的波长转换处理流程的图；以及

图11是示出了根据本发明典型实施例的波长转换处理流程的图。

具体实施方式

以下，参考附图详细地描述根据本发明典型实施例的波长转换方法。

通过调节到与由图4的箭头(适当的波长锁定)指示的条件相对应的DC相电流值来执行最佳控制，但如箭头(异常锁定)所指示，由于本地最小值表示凹类型的形状这种条件存在于AC幅度的相位特性中，所以存在对除箭头所指示条件以外的条件执行优化的情况。因此，需要一种研究，用于防止执行对这种条件的优化。

如图5和图2所示，由于AC幅度的值是振荡宽度范围的最大值与最小值之间的差值，如果抖动幅度的振荡宽度增加得比一般操作的振荡宽度多，则存在诸如取平均值之类的效果，以便可以减小凹形沟的凹进部分。

此处，如果波长转换期间的相位调制的振荡宽度振荡得大于一般操作期间的一组值，则异常相位条件中的波长锁定难以出现。通过使用该特性，控制了异常波长锁定中的操作。

如图5所示，很大程度地放大了SOA相位幅度，例如从200MHz到500MHz。还总体增大了直通PD的AC分量，且不是正常操作点的最小点消失。因此，在异常锁定点处执行操作的情况不会出现。为了实现稳定的相位锁定操作，优选地，设置到相对大的SOA相位幅度。

然而，很难在一般操作期间增大SOA的相位幅度。这是因为SOA的相位幅度严重地影响了振荡波长的质量。例如，如果相位幅度太小，例如100MHz或更小，则会出现由称作仿真布里渊散射的光学非线性现象引起的非线性恶化，且在光纤中会严重破坏信号波形，以使得传输特性明显地恶化。此外，如果相位幅度太大，例如500MHz或更大，则由于PLC光滤波器的传输特性形状的影响，称作剩余AM的光输出变化会出现在光输出中。如果光输出的变化出现，则光输出变化会严重地限制传输距离。由于根据由使用波长可调光源的系统营销商设计的传输设备的规范，相位幅度确定了调制值，所以不能随意改变波长可调光源。

同时，当在大多数情况下转换波长时，异常输出的问题会出现，而且它出现是因为在波长可调光源中安装了用于防止光泄露的设备，例如光学快门或可变光衰减器(VOA)。因此，如果仅在波长转换期间增大抖动的相位幅度，则可以执行稳定的波长转换，且不使光传输特性恶化。即，本发明是一种控制方法，用于在波长转换期间通过任何方法来屏蔽光、在对光输出执行较大的相位调制的同时执行波长转换、并在完成转换时将相位调制量恢复到原始量。

光学快门表示用于转换开/关(ON/OFF)的设备。且VOA表示用于调整光输出的设备。在VOA的情况中，如果在开始处使输出变窄，则光很少会输出，所以VOA可被用作光学快门。

其次，以下参考附图来描述根据本发明典型实施例的波长转换方法，所述方法由装配有三步环形谐振腔型滤波器的激光器设备的诸如CPU之类的控制装置来控制。

首先，参考图7，三步环形谐振腔型滤波器以一般操作状态开始波长转换(步骤S01)。

由VOA中止输出到外部的光信号(S02)。由于在增大抖动幅度以便执行优化调整时在不稳定的相位条件下执行操作，所以极有可能将除希望的波长以外的波长输出。即，如果增大了抖动幅度，则输出光的质量还会恶化。因此，在增大抖动幅度的情形下，不应将光输出，且需要安装诸如VOA或光学快门之类的光屏蔽设备以在波长转换期间防止光从MDL中泄露。通过使用光学快门，可以自由调整抖动幅度的增大或减小。此处，TLS照常操作。

随后，参考图8，增大相位调制幅度(抖动)(步骤S03)。即，增大被应用到SOA相电流的电流的AC幅度。

通过增大相位调制幅度宽度来增大从直通PD输出的相位调制量(步骤04)。即，与SOA相电流的AC幅度增大对应地增大直通PD的AC幅度。

参考图9，对直通AC分量求平均值(步骤S05)。

控制TO的输入功率以便转换波长(步骤S06)。

参考图10，通过从适当的SOA相电流初始值开始来执行调节到最佳值(步骤S07)。

将相位调制幅度(抖动)恢复到一般操作条件以便调节到优化条件(步骤S08)。

参考图11，打开VOA以便重新开始光输出(步骤S09)。

此后，返回到正常操作(步骤S10)。

如上所述，通过在执行波长可调光源的波长转换操作时控制抖动幅度，来实现稳定的波长转换操作。

还可以将本发明的典型实施例应用到使用标准具滤波器或采样光栅的可调光源。

上述实施例中的每一个都是本发明的优选实施例并且可以在不背离本发明精神的情况下被以多种方式修改。例如，可以通过将用于实现激光器设备功能的程序读取进设备中并执行该程序，来执行用于实现设备功能的处理。此外，可以通过计算机可读记录媒质(例如CD-ROM或磁光盘)或通过载波、经由作为传输媒质的互联网或电话线将该程序传输到其他计算机系统。

作为本发明的效果的一个示例，可以在不耗费成本或时间的情况下防止由异常振荡波长引起的错误锁定。

本申请基于并要求于2007年9月28日提交的日本专利申请2007-253941的优先权权益，所述日本专利申请的全部内容并入此处以供参考。

Claims (12)

1.一种控制设备，用于控制波长可调光源的波长转换，其中所述波长可调光源对光输出执行相位调制，所述控制设备包括：

单元，用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中当相位调制的幅度具有在波长转换期间比非转换期间的相位调制量更大的幅度值时，由用于控制光输出的、诸如光学快门之类的器件来屏蔽光输出。

3.一种激光器设备包括：

控制单元，用于控制波长可调光源的波长转换，其中所述波长可调光源对光输出执行相位调制，所述控制单元包括：

单元，用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。

4.根据权利要求3所述的激光器设备，其中当相位调制的幅度具有在波长转换期间比非转换期间的相位调制量更大的幅度值时，控制设备通过光学快门来屏蔽光输出。

5.一种波长转换方法，用于对光输出执行相位调制的波长可调光源，所述波长转换方法包括：

使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值。

6.根据权利要求5所述的波长转换方法，其中当相位调制的幅度具有在波长转换期间比非转换期间的相位调制量更大的幅度值时，由光学快门来屏蔽光输出。

7.一种存储程序的计算机可读媒质，所述程序允许控制设备控制波长可调光源的波长转换，所述波长可调光源对光输出执行相位调制以便执行：

用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值的处理。

8.根据权利要求7所述的用于存储程序的计算机可读媒质，其中当相位调制的幅度具有在波长转换期间比非转换期间的相位调制量更大的幅度值时，由用于控制光输出的、诸如光学快门之类的器件来屏蔽光输出。

9.一种用于存储程序的计算机可读媒质，所述程序允许激光器设备控制波长可调光源的波长转换，所述波长可调光源对光输出执行相位调制以便执行：

用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值的处理。

10.根据权利要求9所述的用于存储程序的计算机可读媒质，其中当相位调制的幅度具有在波长转换期间比非转换期间的相位调制量更大的幅度值时，由光学快门来屏蔽光输出。

11.一种控制设备，用于控制波长可调光源的波长转换，其中所述波长可调光源对光输出执行相位调制，所述控制设备包括：

用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值的装置。

12.一种激光器设备包括：

控制装置，用于控制波长可调光源的波长转换，其中所述波长可调光源对光输出执行相位调制，所述控制装置包括：

用于使相位调制的幅度具有在波长转换期间暂时比非转换期间的相位调制量更大的幅度值的装置。

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