JP2000174708A

JP2000174708A - 波長制御回路

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Publication number: JP2000174708A
Application number: JP10350876A
Authority: JP
Inventors: Masahide Miyaji; 正英宮地
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2000-06-23
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP3517137B2

Abstract

(57)【要約】【課題】波長の高密度化に対しても安定で信頼性の高い
波長制御回路を提供する。【解決手段】半導体レーザと、波長に対して透過率が周
期的にピークとボトムを有する光共振器もしくは光干渉
計と、前記光共振器もしくは光干渉計を波長基準として
前記半導体レーザの発振波長と予め設定された所定の波
長との誤差を検出する誤差検出部と、前記誤差検出部か
らの出力信号に応じて前記半導体レーザの発振波長が前
記所定の波長となるように制御する波長制御部とを備え
た波長制御回路において、前記光共振器もしくは光干渉
計は、チャンネル間隔の２Ｍ倍（Ｍは自然数）のフリー
スペクトラムレンジを有し、前記誤差検出部もしくは前
記波長制御部のいずれか一方の出力信号は、（Ｍ−１）
チャンネルおきに波長に対して異なる極性を有すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、波長分割多重
（ＷＤＮ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎ
Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いた光伝送システ
ムにおける光源の波長制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】インターネットの普及によりネットワー
クの大容量化が急務となっている。この解決手段とし
て、波長分割多重（ＷＤＮ）を用いた光波ネットワーク
は、伝送容量を飛躍的に向上させ、しかも柔軟性の高い
ネットワーク構築が可能であるため、大いに注目されて
いる。

【０００３】このようなネットワークでは、周波数の有
効利用の観点から光信号を波長（もしくは光周波数）軸
上で高密度に多重を行うため、光源の波長制御もしくは
監視は必須の技術である。従来、波長間隔がnmオーダー
の波長多重伝送システムにおいては、光源である半導体
レーザの動作温度と注入電流をモニターするにとどまっ
ていた。しかしながら、波長間隔が数十GHz 程度と高密
度化されてくると、半導体レーザの動作温度や注入電流
をモニターするだけでは、半導体レーザの経年劣化に対
応できない。そこで、半導体レーザの発振波長をモニタ
ーし、動作温度や注入電流にフィードバック制御を施し
て、半導体レーザの発振波長を制御している。

【０００４】図２３は、このような波長制御を行った従
来の波長制御回路の構成例を示す。発振波長の異なる複
数の半導体レーザ１−１、１−２、…、１−Ｎからの光
信号は、合波器１０で合波され、波長多重信号光として
伝送路１００に供される。ここで、各半導体レーザから
の出力光は、それぞれ異なる周波数ｆ1 、ｆ2 、…、ｆ
N を有する交流信号源５０−１、５０−２、…、５０−
Ｎからのディザ信号で周波数変調されている。波長多重
信号光の一部は、光カプラ２０で分岐され、光共振器３
０へと入力される。ここでは、光共振器としてファブリ
ペロ共振器を用いた場合を例に挙げている。

【０００５】光共振器３０の出力は光電変換器４０で電
気信号に変換された後、誤差検出部へと入力される。誤
差検出部２００では、バンドパスフィルタ２１０−１、
２１０−２、…、２１０−Ｎで各ディザ信号成分が抽出
され、同期検波器２２０−１、２２０−２、…、２２０
−Ｎで同期検波される。同期検波器２２０−１、２２０
−２、…、２２０−Ｎからの出力はローパスフィルタ２
３０−１、２３０−２、…、２３０−Ｎにより同期検波
器２２０−１、２２０−２、…、２２０−Ｎで発生した
不要な高周波成分が除去された後、誤差信号として波長
制御部３００に供給される。波長制御部３００では、誤
差検出部２００からの誤差信号に基づいて各半導体レー
ザ１−１、１−２、…、１−Ｎの発振波長をファブリペ
ロ共振器（光共振器３０）の透過率がピークとなる波長
に制御する。

【０００６】図２４にファブリペロ共振器の透過特性
（実線）と誤差信号（点線）を示す。同図から明らかな
ように誤差信号が０となるように半導体レーザ１−１、
１−２、…、１−Ｎの注入電流や動作温度を制御すれ
ば、半導体レーザ１−１、１−２、…、１−Ｎの発振波
長はファブリペロ共振器の透過特性のピークの波長に安
定化される。

【０００７】このような波長制御系において、波長引き
込み範囲は波長安定性を評価する上で重要なパラメータ
である。しかし、ファブリペロ共振器などの光共振器も
しくはマッハツェンダ型フィルタなどの光干渉計の透過
特性のピークのみを安定点として用いた従来の波長制御
回路では、波長引き込み範囲は最大でも波長間隔、すな
わち光共振器のフリースペクトラムレンジ（ＦＳＲ：Ｆ
ｒｅｅＳｐｅｃｔｒｕｍＲａｎｇｅ）程度に制限さ
れる。このことは、波長配置が高密度化するに伴って、
波長制御系の安定性や信頼性が著しく損なわれることに
なる。

【０００８】また、光共振器を波長基準として用いる場
合、波長制御系の波長分解能は、光共振器のフィネス、
すなわち反射膜の反射率に大きく依存する。しかしなが
ら、これまでに反射率に関してはなんら明示されていな
い。

【０００９】さらに、光源として分布ブラッグ反射型
（ＤＢＲ）レーザを波長可変光源として用いた例が、文
献：Electronics Letters, Vol.29, No.15, pp1331-133
2(1993) に開示されている。図２５に制御系の構成を示
す。

【００１０】ＤＢＲレーザ２からの出力信号は、光カプ
ラ２１で一部が分岐され、光共振器３０に入力される。
光共振器３０からの出力信号は、光電変換器４０で電気
信号に変換され、比較器７０に入力される。比較器７０
では、予め定められた参照信号Ｖref と光電変換器４０
からの出力信号を比較し、所望の波長ずれに対応する誤
差信号を出力する。誤差信号は、加算器６０を介してＤ
ＢＲレーザ２に供され、ＤＢＲレーザ２の発振波長を制
御する。

【００１１】図２６に光共振器３０の透過特性を示す。
参照信号Ｖref は、透過率の参照レベルと一致するよう
に設定されている。したがって、ＤＢＲレーザ２の発振
波長は光共振器３０の各透過ピークのスロープ部分に安
定化される。

【００１２】このような制御回路においても波長引き込
み範囲は最大でもチャンネル間隔程度に制限されてしま
う。ＤＢＲレーザの波長可変機構は、モード跳躍を伴
い、このモードの波長間隔は概略チャンネル間隔に一致
している。ＤＢＲレーザにおいては、経年劣化などによ
り同じ電流値でもモードが前後に一つ跳躍する可能性が
ある。

【００１３】したがって、波長引き込み範囲がチャンネ
ル間隔程度であると、波長制御回路は、劣化により所望
のモードからモード跳躍が生じた場合には、所望のチャ
ンネルの前後のチャンネルの波長に安定化してしまう。
この場合、ＤＢＲレーザの波長が誤ったチャンネルに安
定化されていても、波長制御回路は異常を検出できない
ため、ネットワーク管理者はこれを認識できないという
問題が生じた。さらには、他のノード間の通信に対して
クロストークとなる可能性があるという問題が生じた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光共振器もしくは光干渉計を用いた波長制御回路にお
いては、波長引き込み範囲がチャンネル間隔以下に制限
されてしまうために、波長の高密度化に対して安定性や
信頼性を著しく劣化させるという問題が生じた。また、
光共振器の反射率に関してはなんら明示されていない。
さらに、ＤＢＲレーザを用いた波長可変光送信器に対す
る波長基準として光共振器もしくは光干渉計を適用した
場合、経年劣化等によるモード跳躍に対して誤った波長
に安定化するという障害が発生しても、ネットワーク管
理者は認識できないという問題が生じた。

【００１５】本発明の目的は、波長引き込み範囲をチャ
ンネル間隔（Ｍ）の２Ｍ倍程度に設定でき、波長の高密
度化に対しても安定で信頼性の高い波長制御回路を提供
することにある。

【００１６】また、本発明の他の目的は、波長可変光送
信器において、ＤＢＲレーザの経年劣化等によってモー
ド跳躍が生じた場合に、異常を検出できる波長制御回路
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る第一の波長制御回路は、半導体レーザ
と、波長に対して透過率が周期的にピークとボトムを有
する光共振器もしくは光干渉計と、前記光共振器もしく
は光干渉計を波長基準として前記半導体レーザの発振波
長と予め設定された所定の波長との誤差を検出する誤差
検出部と、前記誤差検出部からの出力信号に応じて前記
半導体レーザの発振波長が前記所定の波長となるように
制御する波長制御部とを備えた波長制御回路において、
前記光共振器もしくは光干渉計は、チャンネル間隔の２
Ｍ倍（Ｍは自然数）のフリースペクトラムレンジを有
し、前記誤差検出部もしくは前記波長制御部のいずれか
一方の出力信号は、（Ｍ−１）チャンネルおきに波長に
対して異なる極性を有することを特徴とする。

【００１８】図２４からも明らかなように、同期検波出
力は透過特性のピークおよびボトムにおいて０となる。
しかしながら、半導体レーザの注入電流や温度に対する
発振波長応答により、いずれか一方のみ（通常はピーク
波長）が安定点となる。故に、誤差検出部もしくは波長
制御部において信号の極性を反転させることによって、
透過特性のピークおよびボトムの両方を安定点として使
用できる。一方で波長引き込み範囲は、波長制御ループ
のループゲインが十分大きい場合には、光共振器もしく
は光干渉計のフリースペクトラムレンジにほぼ等しい。

【００１９】したがって、チャンネル間隔の２Ｍ倍（Ｍ
は自然数）のフリースペクトラムレンジを有し、ピーク
波長が各々１チャンネル分ずれているＭ個の光共振器も
しくは光干渉計を波長基準として用い、波長制御部にお
いて、ピーク波長もしくはボトム波長のいずれかを安定
点として選択することによって、波長引き込み範囲をチ
ャンネル間隔の２Ｍ倍に設定することが可能となり、波
長の高密度化に対しても安定で信頼性の高い波長制御回
路を提供することができる。

【００２０】本発明に係る第二の波長制御回路は、活性
領域、位相調整領域および分布ブラッグ反射領域を備え
た分布ブラッグ反射型半導体レーザと、波長に対して透
過率が周期的にピークとボトムを有するＭ個の光共振器
もしくは光干渉計と、所望チャンネルに切替指示するた
めのチャンネル切替信号を供給する手段と、前記光共振
器もしくは光干渉計を波長基準として前記分布ブラッグ
反射型半導体レーザの発振波長と前記所望チャンネルの
波長との誤差を検出する誤差検出部と、前記誤差検出部
からの出力信号に応じて前記分布ブラッグ反射型半導体
レーザの発振波長が前記所望チャンネルの波長となるよ
うに前記位相調整領域への注入電流を制御する第一の波
長制御部と、前記チャンネル切替信号に基づいて前記分
布ブラッグ反射領域への注入電流を制御する第二の波長
制御部とを備えた波長制御回路において、前記光共振器
もしくは光干渉計は、チャンネル間隔の２Ｍ倍（Ｍは自
然数）のフリースペクトラムレンジを有し、前記誤差検
出部もしくは前記波長制御部のいずれか一方の出力は
（Ｍ−１）チャンネルおきに波長に対して異なる極性を
有し、前記第一の波長制御部は前記位相調整領域への注
入電流のリミッタ範囲を与える電流リミッタ手段を具備
し、前記位相調整領域への注入電流が前記リミッタ範囲
外となった場合にアラームを発生する手段を具備するこ
とを特徴とする。

【００２１】この第二の波長制御回路においても、誤差
検出部もしくは波長制御部において、所望チャンネルに
応じて、Ｍ個の波長基準のうちの一つを選択し、信号の
極性を反転させるか否かを判断することによって、光共
振器もしくは光干渉計のピーク波長とボトム波長のいず
れかを安定点として選択できる。したがって、所望チャ
ンネルに隣接するチャンネルは、Ｍ＝１の場合において
波長制御の点で不安定点となり、Ｍ＞１の場合において
は所望チャンネルの波長引き込み範囲となる。故に、第
一の波長制御部において位相調整領域への注入電流に対
して上限および下限を与える電流リミッタを設けること
によって、経年劣化等によって所望のモードの前後のモ
ードにモード跳躍が生じた場合には、位相調整領域への
注入電流が上限値もしくは下限値となるので、ＤＢＲレ
ーザの発振状態の異常を検出することが可能となる。

【００２２】また、波長制御回路が異常を検出した場合
にＤＢＲレーザからのネットワークへの出力光を遮断す
ることによって、他のノード間の通信に影響を及ぼすこ
とを未然に防止でき、ネットワークの信頼性を向上させ
ることができる。

【００２３】さらに、Ｍ＞１の場合においては、劣化等
によって所望のチャンネルの隣接チャンネルへのモード
跳躍が発生しても、レーザの発振波長は所望のチャンネ
ルの引き込み範囲内に存在しているので、長波長側への
モード跳躍の場合には位相調整領域への注入電流は上限
値を越え、短波長側へのモード跳躍の場合には下限値を
下回る。したがって、位相調整領域への注入電流が上限
値を越えた場合には、ＤＢＲ領域への注入電流を増加さ
せ、また位相調整領域への注入電流が下限値を下回った
場合には、ＤＢＲ領域への注入電流を減少させることに
よって所望の発振モードに引き戻すことができる。故
に、劣化等によりモード跳躍が発生しても、所望のチャ
ンネルの波長に制御できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図１に本発明の第一の実施形態
に係る波長制御回路を示す。交流信号源50からのディザ
信号は、加算器６０を介して分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄ−Ｂａｃｋ）レーザ１に
入力され、ＤＦＢレーザ１の出力光を周波数変調する。
周波数変調されたＤＦＢレーザ１からの光信号の一部
は、光カプラ２０によって分岐される。分岐された光信
号は、光共振器３２へと入力される。ここでは、光共振
器としてファブリペロ共振器を用いている（以下、他の
実施形態の説明においても特別に断りの無い場合は、光
共振器としてファブリペロ共振器を用いるものとす
る）。

【００２５】光共振器３２からの出力光は、光電変換器
４０で電気信号に変換された後、誤差検出部２００へ入
力される。誤差検出部２００では、バンドパスフィルタ
２１０で交流信号源５０からのディザ信号成分のみが抽
出され、同期検波器２２０へと入力される。同期検波器
２２０からの出力はローパスフィルタ２３０により同期
検波器２２０で発生した不要な高周波成分が除去された
後、誤差信号として波長制御部３５０に供給される。

【００２６】波長制御部３５０では、極性反転部４００
において、制御すべき波長が光共振器３２のピーク波長
である場合には、誤差検出部２００からの誤差信号をそ
のまま出力し（オフ状態）、ボトム波長である場合に
は、誤差検出部２００からの誤差信号の極性を反転させ
た信号を出力する（オン状態）。制御部３６０では、極
性反転部４００からの出力信号に基づいてＤＦＢレーザ
１の発振波長を制御する。

【００２７】ここで、波長基準としてファブリペロ共振
器を用いると、ファブリペロ共振器の反射膜の反射率
は、波長制御部における波長分解能に影響を及ぼす。同
期検波方式を用いた波長制御回路では、ピーク波長およ
びボトム波長における波長に対する同期検波出力の傾き
で決定される。図２に反射率４％および６０％の時のフ
ァブリペロ共振器の透過特性を示す。また、図３にそれ
ぞれの共振器を用いた場合の同期検波出力を示す。な
お、図３においては、それぞれの出力の最大値および最
小値が等しくなるように規格化されている。

【００２８】図３より明らかなように、ピーク波長に対
しては、反射率が大きいほど同期検波出力の傾きは大き
くなるが、ボトム波長においては、反射率が大きくなる
と傾きが急激に小さくなり、波長分解能が著しく劣化す
る。一方で、反射率が小さくなると、図２より透過率の
変化が小さくなるために、同期検波出力が小さくなり、
雑音等の影響で波長分解能が劣化する。したがって、ボ
トム波長に対する波長分解能には最適値が存在する。

【００２９】図４に反射率に対するボトム波長における
相対的波長分解能を示す。反射率の最適値は約１７％で
あり、図４においては、最適値で規格化している。反射
膜の反射率の許容誤差は、波長分解能として２倍程度の
誤差を許容すると、図４より４％以上４５％以下と非常
に広い範囲にわたっている。したがって、作製上の誤差
を十分吸収できるために、歩留まりが大幅に向上し、低
コスト化が図れる。

【００３０】図５にファブリペロ共振器の透過波長特性
と波長配置の関係を示す。ここでは、奇数番目のチャン
ネル（λ1 、λ3 、…）はピーク波長に一致するように
配置し、偶数番目のチャンネル（λ2 、λ4 …）はボト
ム波長に一致するように配置する。すなわち、ファブリ
ペロ共振器のフリースペクトラムレンジはチャンネル間
隔の２倍（Ｍ＝１）となっている。

【００３１】図６に極性反転部４００がオフ状態の時の
極性反転部４００からの出力を示す。この場合は、奇数
番目のチャンネルの波長において制御ループの安定点が
存在する。したがって、ＤＦＢレーザ１が奇数番目のチ
ャンネル用の光源であれば、極性反転部４００をオフ状
態にすることによって、波長の安定化がなされる。

【００３２】図７に極性反転部４００がオン状態の時の
極性反転部４００からの出力を示す。この場合は、偶数
番目のチャンネルの波長において制御ループの安定点が
存在する。したがって、ＤＦＢレーザ１が偶数番目のチ
ャンネル用の光源であれば、極性反転部４００をオン状
態にすることによって、波長の安定化がなされる。

【００３３】図６および図７から明らかなように、波長
引き込み範囲は、制御ループのループゲインが十分に大
きければ、フリースペクトラムレンジ程度、すなわち波
長間隔の２倍程度確保できるため、より安定な波長制御
が実現できる。

【００３４】また、ファブリペロ共振器の反射膜の反射
率を４％以上４５％以下と広い範囲わたって許容するこ
とによって、製造時の歩留まり向上、すなわち製造コス
ト低減を図りつつ、制御誤差を最適値（１７％）の場合
の２倍以内に抑圧できる。

【００３５】さらに、極性反転部４００を設けることに
よって、全てのチャンネルにおいて同一の波長制御回路
基板を用いることができるので、製造コストの低減が図
れる。

【００３６】なお、本実施形態においては、極性反転部
を同期検波器の後に配置したが、同期検波器の前に配置
してもよい。また、波長基準器としてファブリペロ共振
器の代わりに、光干渉計であるマッハツェンダ型フィル
タを用いてもよい。

【００３７】さらに、光源として、分布ブラッグ反射型
（ＤＢＲ）レーザを用いてもよい。この場合、光源まで
含めた光送信部を複数のチャンネルにおいて共用できる
ので、さらなるコスト低減が図れる。

【００３８】さらに、本実施形態においては、ディザ信
号を半導体レーザに加えることにより発振波長を変調し
たが、ファブリペロ共振器の温度制御系にディザ信号を
加えて、ファブリペロ共振器の透過特性を変調しても等
価である。

【００３９】図８に本発明の第二の実施形態に係る波長
制御回路を示す。発振波長の異なる複数の半導体レーザ
１−１、１−２、…、１−Ｎからの光信号は、合波器１
０で合波され、波長多重信号光として伝送路１００に供
される。それぞれ異なる周波数ｆ1 、ｆ2 、…、ｆN を
有する交流信号源５０−１、５０−２、…、５０−Ｎか
らのディザ信号は、加算器６０-1、６０−２、…、６０
−Ｎを介して半導体レーザ１−１、１−２、…、１−Ｎ
に入力され、半導体レーザ１−１、１−２、…、１−Ｎ
の出力光を周波数変調する。波長多重信号光の一部は、
光カプラ２０で分岐され、光共振器３２へと入力され
る。

【００４０】光共振器３２の出力は光電変換器４０で電
気信号に変換された後、誤差検出部２００へと入力され
る。誤差検出部２００では、光電変換器４０からの信号
をＮ分岐した後、バンドパスフィルタ２１０−１、２１
０−２、…、２１０−Ｎで各ディザ信号成分が抽出さ
れ、同期検波器２２０−１、２２０−２、…、２２０−
Ｎで同期検波される。同期検波器２２０−１、２２０−
２、…、２２０−Ｎからの出力はローパスフィルタ２３
０−１、２３０−２、…、２３０−Ｎにより同期検波器
２２０−１、２２０−２、…、２２０−Ｎで発生した不
要な高周波成分が除去された後、誤差信号として波長制
御部３７０に供給される。

【００４１】波長制御部３７０では、誤差検出部２００
からの誤差信号を時分割で読み込み、チャンネル番号に
応じて誤差信号の極性を反転させた後、各半導体レーザ
１−１、１−２、…、１−Ｎの発振波長を所望の波長に
制御するための制御信号を出力する。波長制御部３７０
からの出力信号は、加算器６０−１、６０−２、…、６
０−Ｎを介して半導体レーザ１−１、１−２、…、１−
Ｎに入力される。

【００４２】図９にファブリペロ共振器（光共振器３
２）の透過特性と波長配置を示す。ここでは、奇数チャ
ンネルは透過特性のピーク波長に配置され、偶数チャン
ネルは透過特性のボトム波長に配置されるものとし、ボ
トム波長に対しては制御ループにおいて信号の極性を反
転させるものとする。

【００４３】図１０に波長制御部３７０の動作を説明す
るためのフローチャートの一例を示す。まず、チャンネ
ルカウンタをリセットする（Ｓ１００）。次にチャンネ
ルカウンタに１を加える（Ｓ１０１）。この場合、Ｉ＝
１となり、チャンネル1 の誤差信号を読み込む（Ｖerr
＝ΔＶ₁ ）。この時、チャンネルカウンタは奇数である
ので（Ｓ１０３）、誤差信号に基づいて制御信号を算出
し（Ｓ１０４）、半導体レーザ１−１へ波長制御信号を
出力する（Ｓ１０５）。

【００４４】そして、全チャンネルの数に達したかを判
断する（Ｓ１０６）。次に、再びチャンネルカウンタに
1 を加えて（Ｓ１０２）、チャンネル２（Ｉ＝２）の誤
差信号を読み込む。この場合は、チャンネルカウンタが
偶数であるので（Ｓ１０３）、読み込んだ誤差信号の極
性を反転させて（Ｖerr ＝−ΔＶ₂ ）（Ｓ１０７）、反
転された誤差信号に基づいて制御信号を算出し、半導体
レーザ１−２へ波長制御信号を出力する（Ｓ１０６）。

【００４５】順次以上の操作をチャンネルカウンタが全
チャンネル数Ｎに等しくなるまで繰り返す。チャンネル
カウンタが全チャンネル数に等しくなったら（Ｉ＝
Ｎ）、チャンネルカウンタをリセットして、再びチャン
ネル１から制御を始める。

【００４６】本実施形態においても、波長引き込み範囲
は、制御ループのループゲインが十分に大きければ、フ
リースペクトラムレンジ程度、すなわちチャンネル間隔
の２倍程度確保できるため、より安定な波長制御が実現
できる。

【００４７】また、１つのファブリペロ共振器および光
電変換器を全てのチャンネルで共有しているので、装置
の低コスト化が図れる。なお、本実施形態においては、
極性反転機能を波長制御部３７０において実現したが、
誤差検出部においてチャンネル毎に分岐したそれぞれに
配置してもよい。この場合、極性反転部は予めチャンネ
ルに応じてオン状態かオフ状態に設定しておく。

【００４８】図１１に本発明の第三の実施形態を示す。
なお、図８と同一部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。光カプラ２０で分岐された信号光は、光カプ
ラ２２で等しく分岐され、第一の光共振器３３および第
二の光共振器３４に入力される。第一の光共振器３３お
よび第二の光共振器３４からの出力は、各々第一の光電
変換部４１および第二の光電変換部４２で電気信号に変
換された後、各々ｍ分岐され、第一の誤差検出部２０１
および第二の誤差検出部２０２へと入力される。

【００４９】図１２に第一の光共振器３３および第二の
光共振器３４の透過波長特性と波長配置を示す。本実施
形態においては、Ｍ＝２、すなわち各光共振器のフリー
スペクトラムレンジはチャンネル間隔の４倍となってい
る。すなわち、奇数チャンネルの波長（λ1 、λ3 、
…、λN-1 ）は、第一の光共振器３３のピーク波長およ
びボトム波長に配置され、偶数チャンネルの波長（λ2
、λ4 、…、λN ）は、第二の光共振器３４のピーク
波長およびボトム波長に配置されている。ここで、全チ
ャンネル数Ｎは、Ｎ＝２ｍ（ｍは自然数）とする。

【００５０】したがって、図１１において、第一の誤差
検出部２０１では奇数チャンネルに対する誤差信号が検
出され、第二の誤差検出部２０２では偶数チャンネルに
対する誤差信号が検出される。第一の誤差検出部２０１
および第二の誤差検出部２０２からの各々の出力は、波
長制御部３７２に入力される。波長制御部３７２では、
各チャンネルを時分割で処理する。

【００５１】図１３に波長制御部３７２の動作を説明す
るためのフローチャートの一例を示す。まず、チャンネ
ルカウンタを初期化（Ｓ１３０）した後、チャンネルカ
ウンタに１を加え（Ｓ１３１）て、チャンネルＩの誤差
信号を読み込む（Ｖerr ＝ΔＶ_I ）（Ｓ１３２）。次に
チャンネルカウンタＩを４で割って、その剰余ΔＩを算
出する（Ｓ１３３）。ここで、剰余ΔＩが１もしくは２
の時（Ｓ１３４）には、誤差信号に基づいて制御信号を
算出し（Ｓ１３５）、チャンネルＩの半導体レーザ１−
１へ波長制御信号を出力する。

【００５２】次に、再びチャンネルカウンタに１を加え
（Ｓ１３１）て、チャンネル２（Ｉ＝２）の誤差信号を
読み込む（Ｓ１３２）。このチャンネル２の場合の処理
は、先に示したＳ１３２からＳ１３６までの処理と同様
なものとなる。一方、チャンネルカウンタの値に基づく
剰余ΔＩが処理Ｓ１３４で１または２以外となる場合に
は、処理Ｓ１３８へ進み、読み込んだ誤差信号の極性を
反転させて（Ｖerr ＝−ΔＶ_I ）（Ｓ１３８）、この反
転された誤差信号に基づき制御信号を算出し、チャンネ
ルＩの半導体レーザへの波長制御信号を出力する（Ｓ１
３６）。

【００５３】このように、順次以上の操作をチャンネル
カウンタが全チャンネル数N に等しくなるまで繰り返
す。チャンネルカウンタが全チャンネル数に等しくなっ
たら（Ｉ＝Ｎ）、チャンネルカウンタをリセットして、
再びチャンネル1 から制御を始める。

【００５４】本実施形態においては、Ｍ＝２なので、波
長引き込み範囲は、チャンネル間隔の４倍程度確保でき
るため、より高密度の波長多重においても安定で信頼性
の高い波長制御回路を提供できる。

【００５５】図１４に本発明の第四の実施形態を示す。
なお、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザ２から
の光信号は、交流信号源５０からのディザ信号を加算器
６０を介して位相調整領域4 へ入力することによって、
周波数変調が施されている。ＤＢＲレーザ２の出力パワ
ーをモニターし、この出力が一定となるように、図示し
ない制御部で活性領域３への電流源９０からの出力電流
を制御している。

【００５６】ＤＢＲレーザ２からの出力光の一部は分岐
器２３で分岐され、光共振器３２に入力される。光共振
器３２からの出力光は、光電変換器４０で電気信号に変
換され、誤差検出部２００において所望のチャンネルの
波長とＤＢＲレーザ２の発振波長とのずれを検出する。

【００５７】誤差検出部２００からの誤差信号は、位相
調整領域電流制御部３８０へと入力される。位相調整領
域電流制御部３８０では、チャンネル切替信号に基づい
て誤差信号の極性を反転させるか否かの操作を行い、こ
の操作の結果得られた誤差信号に基づいて位相調整領域
４への注入電流を算出する。算出された電流値が予め設
定された電流リミッタの範囲内であれば、ＤＢＲレーザ
２の位相調整領域４へ電流を出力する。

【００５８】算出された電流値が電流リミッタの範囲外
であった場合には、アラーム発生部６００へ異常信号を
出力する。アラーム発生部６００は、異常信号を受信し
たら、ネットワーク管理者へアラームを発生し、異常を
通知する。分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）領域電流制御部
３９０は、チャンネル切替信号に従って、各チャンネル
毎に予め設定された電流値をＤＢＲレーザ２のＤＢＲ領
域５へ出力する。

【００５９】図１５にＤＢＲ領域５への注入電流に対す
る発振波長を示す。ＤＢＲ領域５への注入電流に対して
モード跳躍を繰り返しながら、大きく波長が変化してお
り、各モード間の波長差は概ね等しい。よって、各モー
ド毎にチャンネルを割り当てることによって、等しい波
長間隔でチャンネルを配置することができる。

【００６０】図１６にファブリペロ共振器（光共振器３
２）の透過特性とチャンネル配置を示す。ここでは、奇
数番のチャンネルはピーク波長に配置し、偶数番のチャ
ンネルはボトム波長に配置されている。すなわち、ファ
ブリペロ共振器のフリースペクトラムレンジは、チャン
ネル間隔の２倍（Ｍ＝１）となっている。

【００６１】図１７に位相調整領域への注入電流に対す
る発振波長特性を示す。図１７から明らかなように、Ｄ
ＢＲレーザにおいては、位相調整領域への注入電流に対
して等しい波長が繰り返し現れる。また、位相調整領域
への注入電流によって可変できる波長範囲は、概ねモー
ド間隔と一致している。

【００６２】ここで、チャンネル１（λ1 ）からチャン
ネル５（λ5 ）へと切り替える際に、ＤＢＲレーザ２の
経年劣化によりチャンネル６（λ6 ）のモードへモード
跳躍が生じた場合について考える。この場合、所望のチ
ャンネルは奇数番であるので、誤差信号の極性の反転処
理は行われず、光共振器３２のピーク波長が安定点とな
る。

【００６３】したがって、チャンネル６（λ6 ）の波長
は不安定点となり、位相調整領域電流制御部３８０はチ
ャンネル５（λ5 ）へと波長を制御するように働く。こ
の時、所望の波長は短波長側に位置しているので、位相
調整領域電流制御部３８０は位相調整領域４への電流を
増加させ続ける。したがって、位相調整領域４への電流
値は、電流リミッタで設定されている上限値（Ｉmax ）
を越えてしまう。故に、位相調整領域電流制御部３８０
に電流リミッタ機能を設けることで、ＤＢＲレーザ２の
発振状態の異常を検出することが可能となる。また、チ
ャンネル４のモードへ誤ってモード跳躍した場合には、
上述の動作とは逆に電流リミッタの下限値（Ｉmin ）を
越えてしまう。したがって、この場合にも同様に異常を
検出できる。

【００６４】図１８に位相調整領域電流制御部３８０の
動作を説明するためのフローチャートの一例を示す。位
相調整領域電流制御部３８０では、まず誤差信号Ｖerr
を初期化し（Ｓ１８０）、誤差検出部２００からの誤差
信号を読み込み（Ｓ１８１）、チャンネル番号Ｎが偶数
の場合（Ｓ１８２）には読み込んだ値の極性を反転させ
たものを誤差信号として用い（Ｓ１８４）、奇数の場合
にはそのまま読み込んだ値を誤差信号として用いる（Ｓ
１８３）。ここで、チャンネル番号Ｎはチャンネル切替
信号によって与えられる。

【００６５】その後、誤差信号に基づいて位相調整領域
への注入電流Ｉ_PCを算出し（Ｓ１８５）、算出された電
流値が電流リミッタの範囲内であるかを判断する（Ｓ１
８６）。範囲内であれば、前記算出した注入電流Ｉ_PCを
ＤＢＲレーザ２の位相調整領域４へ出力する（Ｓ１８
７）。以上の操作を繰り返し行う。

【００６６】ここで、チャンネル切替信号により新たな
チャンネルに切り替えるように指示が来ると、一旦処理
を中断し、再度始めから繰り返す。また、算出された電
流値が電流リミッタの範囲を越えていた場合（Ｓ１８
６）には、アラーム発生部６００へ異常信号を出力（Ｓ
１８８）し、波長制御処理を終了する。

【００６７】以上説明したように、本実施形態において
は、外乱や経年劣化等によって所望のチャンネルに対応
したモード以外のモードにモード跳躍した場合でも、波
長制御回路において異常を検出できるため、信頼性が大
幅に向上した波長制御回路を提供できる。

【００６８】図１９に本発明の第五の実施形態を示す。
なお、図１４と同一部分には同一符号を付して、その説
明を省略する。分岐器２３からネットワークへの信号光
の出力は光ゲートスイッチ７００を介して行われる。位
相調整領域電流制御部３８１は、算出された電流値が電
流リミッタの範囲を越えていた場合には、アラーム発生
部６００へ異常信号を出力するとともに、光ゲートスイ
ッチ７００をオフ状態とし、ＤＢＲレーザ２からの信号
光がネットワークへ出力されるのを阻止する。このよう
に、波長制御回路において異常が検出された場合に光源
からの信号光がネットワークへ出力されることを阻止す
ることによって、ネットワーク上における他のノード間
の通信に対するクロストーク光となることを未然に防ぐ
ことができる。したがって、ネットワーク全体の信頼性
を大幅に向上させる波長制御回路を提供できる。

【００６９】なお、チャンネル切替信号が入力されてか
ら光源の波長が安定化されるまでの間、光ゲートスイッ
チをオフ状態とし、不安定な波長の信号光をネットワー
クから遮断してもよい。これによって、波長制御過程に
おける不安定な波長状態の信号光によるクロストークを
防ぐことができる。

【００７０】しかしながら、Ｍ＝１の場合、劣化等によ
る所望のモード以外のモードへのモード跳躍により、所
望の波長に対する波長引き込み範囲からはずれてしまう
可能性がある。この場合、波長制御回路は動作が不安定
になり、異常状態を検出できないという可能性を残す。

【００７１】したがって、その対策を講じる必要があ
る。その例を次に第六の実施形態として説明する。図２
０に本発明に係る第六の実施形態を示す。なお、図１４
と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００７２】ＤＢＲレーザ２からの光信号の一部は分岐
器２３で分岐された後、分配器２４によって等しく２分
配される。分配器２４で分配された光信号は、それぞれ
第一の光共振器３３および第二の光共振器３４に入力さ
れる。第一の光共振器３３および第二の光共振器３４か
らの出力光は、各々第一の光電変換器４１および第二の
光電変換器４２で電気信号に変換された後、第一の誤差
検出部２０１および第二の誤差検出部２０２に入力され
る。位相調整領域電流制御部３８２では、チャンネル切
替信号により与えらるチャンネル番号Ｎに応じて、第一
の誤差検出部２０１もしくは第二の誤差検出部２０２か
らの誤差信号を選択し、ＤＢＲレーザ２への制御信号を
算出する。

【００７３】図２１に第一の光共振器３３および第二の
光共振器３４の透過波長特性とチャンネル配置を示す。
本実施形態では、各光共振器のフリースペクトラムレン
ジはチャンネル間隔の4 倍、すなわちＭ＝２となってお
り、各ピーク波長は1 チャンネル分だけずれている。こ
こで、奇数チャンネルは第一の光共振器３３のピーク波
長もしくはボトム波長に配置し、偶数チャンネルは第二
の光共振器３４のピーク波長もしくはボトム波長に配置
する。このように、Ｍ＝２とすることによって、所望の
モードの前後のモードへの誤ったモード跳躍が発生して
も、確実に所望の波長の引き込み範囲内に存在させるこ
とが可能となる。

【００７４】図２２に位相調整領域電流制御部３８２の
動作を説明するためのフローチャートの一例を示す。誤
差信号Ｖerr を初期化（Ｓ２２０）した後、チャンネル
切替信号によって与えられるチャンネル番号Ｎを４で除
した除数ΔＮを算出する（ΔＮ＝０、１、２、３）（Ｓ
２２１）。ここで、除数ΔＮが奇数である場合（ΔＮ＝
１、３）（Ｓ２２２）には、所望のチャンネルは奇数チ
ャンネルであるので、第一の誤差検出部２０１からの誤
差信号を読み込む（Ｓ２２３）。また、剰余ΔＮが偶数
であれば（ΔＮ＝０、２）（Ｓ２２２）、所望のチャン
ネルは偶数チャンネルであるので、第二の誤差検出部２
０２からの誤差信号を読み込む（Ｓ２２４）。

【００７５】次に、所望のチャンネルが奇数である場
合、剰余ΔＮが１であれば（Ｓ２２５）、第一の光共振
器３３のピーク波長が所望の波長となるので、読み込ん
だ誤差信号に基づいて（Ｓ２２６）注入電流Ｉ_PCを算出
する（Ｓ２２７）。また、剰余ΔＮが３であれば、ボト
ム波長となるので、読み込んだ誤差信号の極性を反転さ
せて（Ｓ２２８）、反転された誤差信号に基づいて注入
電流Ｉ_PCを算出する（Ｓ２２７）。

【００７６】所望のチャンネルが偶数の場合には、剰余
ΔＮが２であれば（Ｓ２２９）、第二の光共振器３４の
ピーク波長が所望のチャンネルとなるので、読み込んだ
誤差信号に基づいて（Ｓ２３０）注入電流Ｉ_PCを算出す
る（Ｓ２２７）。また、剰余ΔＮが０であれば（Ｓ２２
９）、ボトム波長となるので、読み込んだ誤差信号の極
性を反転させて（Ｓ２３１）、反転された誤差信号に基
づいて注入電流Ｉ_PCを算出する。次に算出された注入電
流Ｉ_PCを電流リミッタの上限値Ｉmax および下限値Ｉmi
n と比較を行い（Ｓ２３２）、算出された注入電流Ｉ_PC
が電流リミッタの範囲内であれば、ＤＢＲレーザ２の位
相調整領域４へ出力する（Ｓ２３３）。また、電流リミ
ッタの範囲を越えていた場合には、ＤＢＲ領域電流制御
部３９２およびアラーム発生部６００へ異常信号を出力
する（Ｓ２３４）。この場合、位相調整領域４への注入
電流Ｉ_PCは、前回の値を保持しておく。

【００７７】異常信号を受信したＤＢＲ領域電流制御部
３９２では、算出された注入電流Ｉ_PCが上限値を越えた
のか、下限値を下回ったのかを判断する。制御信号が上
限値を越えた場合、図１７から、位相調整領域電流制御
部３８２はＤＢＲレーザ２の発振波長をさらに短波長側
へと制御する方向であることがわかる。すなわち、ＤＢ
Ｒレーザ２の発振モードが、誤って長波長側へと跳躍し
たことに対応する。

【００７８】したがって、図１５より、ＤＢＲ領域電流
制御部３９２は、ＤＢＲ領域５への注入電流を増加させ
ることによって、短波長側のモード、すなわち所望のモ
ードへ引き戻すことができる。故に、位相調整領域電流
制御部３８２は、所望のチャンネルの波長へ安定化する
ことができる。注入電流Ｉ_PCが下限値を下回った場合に
は、これとは反対に、ＤＢＲ領域電流制御部３９２は、
出力電流を減少させることによって、所望のモードへ引
き戻すことができる。

【００７９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、Ｍ＝２とすることによって、外乱や劣化等によって
誤って所望のモードから前後のモードへのモード跳躍が
発生しても、所望の波長の引き込み範囲内に留めること
ができるので、位相調整領域への注入電流値を監視する
ことによってどちらのモードへ跳躍したかが確実に判断
できる。したがって、ＤＢＲ領域への注入電流を制御す
ることによって所望のモードへ引き戻し、所望の波長へ
の制御が可能となる。すなわち、外乱やＤＢＲレーザの
劣化等が生じても、所望の波長へ安定化ができるため
に、波長制御回路の信頼性を大幅に向上させることが可
能となる。

【００８０】なお、本実施形態ではＭ＝２の場合につい
て説明したが、Ｍが３以上であっても上記効果を達成で
きる。また、アラーム発生部が異常信号を受信した場合
に、ＤＢＲレーザからの出力がネットワークへ出力され
ないように、ゲートスイッチ等で遮断してもよい。さら
に、位相調整領域への制御信号の変動が、ある特定のレ
ベルまで安定化されるまで、ＤＢＲレーザからの出力を
ゲートスイッチ等で遮断してもよい。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光共振器もしくは光干渉計を波長基準として用いた波長
制御回路において、波長引き込み範囲をチャンネル間隔
の２Ｍ倍程度に拡大できるために、高密度波長多重にお
いても安定で、信頼性の高い波長制御回路を提供でき
る。

【００８２】また、波長可変光送信器において、外乱や
光源の経年劣化等による所望のモード以外のモードへの
モード跳躍を検出できるので、信頼性の高い波長制御回
路を提供できる。

【００８３】さらに、外乱や劣化等によってモード跳躍
が生じても、所望のモードに引き戻し、所望の波長に制
御できるために、送信器の長期安定性を保証できる波長
制御回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第一の実施形態を示す図。

【図２】ファブリペロ共振器の透過波長特性を示す図。

【図３】同期検波出力の波長特性を示す図。

【図４】ファブリペロ共振器の反射率と波長制御回路に
おける相対的波長分解能の関係を示す図。

【図５】第一の実施形態で使用されるファブリペロ共振
器の透過波長特性と波長配置を示す図。

【図６】極性反転部がオフの時の誤差信号の波長特性を
示す。

【図７】極性反転部がオンの時の誤差信号の波長特性を
示す。

【図８】本発明に係る第二の実施形態を示す図。

【図９】第二の実施形態で使用されるファブリペロ共振
器の透過波長特性と波長配置を示す図。

【図１０】第二の実施形態における波長制御部における
動作を説明するためのフローチャートを示す図。

【図１１】本発明に係る第三の実施形態を示す図。

【図１２】第三の実施形態で使用されるファブリペロ共
振器の透過波長特性と波長配置を示す図。

【図１３】第三の実施形態における波長制御部における
動作を説明するためのフローチャートを示す図。

【図１４】本発明に係る第四の実施形態を示す図。

【図１５】ＤＢＲ領域への注入電流と発振波長との関係
を示す図。

【図１６】第四の実施形態で使用されるファブリペロ共
振器の透過波長特性と波長配置を示す図。

【図１７】位相調整領域への注入電流と発振波長との関
係を示す図。

【図１８】第四の実施形態における位相調整領域電流制
御部における動作を説明するためのフローチャートを示
す図。

【図１９】本発明に係る第五の実施形態を示す図。

【図２０】本発明に係る第六の実施形態を示す図。

【図２１】第六の実施形態で使用されるファブリペロ共
振器の透過波長特性と波長配置を示す図。

【図２２】第六の実施形態における位相調整領域電流制
御部における動作を説明するためのフローチャートを示
す図。

【図２３】従来の波長制御回路を示す図。

【図２４】従来の波長制御回路におけるファブリペロ共
振器の透過波長特性、同期検波出力の波長特性、および
波長配置を示す図。

【図２５】従来のＤＢＲレーザに対する波長制御回路を
示す図。

【図２６】従来のＤＢＲレーザに対する波長制御回路に
おけるファブリペロ共振器の透過波長特性を示す図。

【符号の説明】

１、１−１、１−２〜１−Ｎ…分布帰還型（ＤＦＢ）半
導体レーザ２…分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザ３…活性領域４…位相調整領域５…分布ブラッグ領域１０…合波器２０、２２…光カプラ２３…分岐器２０、３２、３３、３４…光共振器４０、４１、４２…光電変換器５０、５０−１、５０−２〜５０−Ｎ…交流信号源６０、６０−１、６０−２〜６０−Ｎ…加算器７０…比較器９０…定電流源１００…光伝送路２００、２０１、２０２…誤差検出部２１０、２１０−１、２１０−２〜２１０−Ｎ…バンド
パスフィルタ２２０、２２０−１、２２０−２〜２２０−Ｎ…同期検
波器２３０、２３０−１、２３０−２〜２３０−Ｎ…ローパ
スフィルタ３００、３５０、３７０、３７２…波長制御部３６０…制御部３８０、３８１、３８２…位相調整領域電流制御部３９０、３９２…DBR 領域電流制御部４００…極性反転部６００…アラーム発生部７００…光ゲートスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、波長に対して透過率が周期的にピークとボトムを有する
光共振器もしくは光干渉計と、前記光共振器もしくは光干渉計を波長基準として前記半
導体レーザの発振波長と予め設定された所定の波長との
誤差を検出する誤差検出部と、前記誤差検出部からの出力信号に応じて前記半導体レー
ザの発振波長が前記所定の波長となるように制御する波
長制御部とを備えた波長制御回路において、前記光共振器もしくは光干渉計は、チャンネル間隔の２
Ｍ倍（Ｍは自然数）のフリースペクトラムレンジを有
し、前記誤差検出部もしくは前記波長制御部のいずれか
一方の出力信号は、（Ｍ−１）チャンネルおきに波長に
対して異なる極性を有することを特徴とする波長制御回
路。
【請求項２】前記半導体レーザは、分布帰還型半導体レ
ーザであることを特徴とする請求項１記載の波長制御回
路。
【請求項３】前記半導体レーザは、分布ブラッグ反射型
半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の波
長制御回路。
【請求項４】活性領域、位相調整領域および分布ブラッ
グ反射領域を備えた多電極分布反射型半導体レーザと、波長に対して透過率が周期的にピークとボトムを有する
Ｍ個の光共振器もしくは光干渉計と、所望チャンネルに切替指示するためのチャンネル切替信
号を供給する手段と、前記光共振器もしくは光干渉計を波長基準として前記分
布ブラッグ反射型半導体レーザの発振波長と前記所望チ
ャンネルの波長との誤差を検出する誤差検出部と、前記誤差検出部からの出力信号に応じて前記分布ブラッ
グ反射型半導体レーザの発振波長が前記所望チャンネル
の波長となるように前記位相調整領域への注入電流を制
御する第一の波長制御部と、前記チャンネル切替信号に基づいて前記分布ブラッグ反
射領域への注入電流を制御する第二の波長制御部とを備
えた波長制御回路において、前記光共振器もしくは光干渉計は、チャンネル間隔の２
Ｍ倍（Ｍは自然数）のフリースペクトラムレンジを有
し、前記誤差検出部もしくは前記波長制御部のいずれか
一方の出力は（Ｍ−１）チャンネルおきに波長に対して
異なる極性を有し、前記第一の波長制御部は前記位相調
整領域への注入電流のリミッタ範囲を与える電流リミッ
タ手段を具備し、前記位相調整領域への注入電流が前記
リミッタ範囲外となった場合にアラームを発生する手段
を具備することを特徴とする波長制御回路。
【請求項５】前記アラーム発生手段がアラームを発生し
た場合に、前記分布ブラッグ反射型半導体レーザの出力
を遮断する手段を具備することを特徴とする請求項４記
載の波長制御回路。
【請求項６】前記位相調整領域への注入電流が上限値も
しくは下限値となった場合に、前記分布ブラッグ反射領
域電流制御部へ異常信号を送出する手段と、前記分布ブ
ラッグ反射領域電流制御部は異常信号を受信した場合
に、前記位相調整領域への注入電流の状態に応じて前記
分布ブラッグ反射領域への注入電流を増減させることを
特徴とする請求項４記載の波長制御回路。
【請求項７】前記光共振器は、反射膜の反射率が４％以
上４５％以下であるファブリペロ共振器であることを特
徴とする請求項１および４記載の波長制御回路。
【請求項８】前記光干渉計は、マッハツェンダ型干渉計
であることを特徴とする請求項１および４記載の波長制
御回路。