JP2001053379A - 光送信装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】容易な手法で波長標準チャンネルに適合可能な
波長多重通信用光源を用い、波長多重光送信装置を低コ
ストで再現性良く実現する。 【解決手段】波長可変光源１０１の出力光の一部は波長
安定化素子１０４に導かれ、所定の波長からの差分を受
光素子１０５及び演算回路１０７で検出し、制御回路１
０８、１０９を介してを光源に帰還する。特に制御回路
１０８は、波長制御性に優れる分布帰還型半導体レーザ
の上部電極の直上に薄膜ヒータを搭載したヒータ集積波
長可変レーザの上部電極に制御回路の出力を広範囲に可
変すると共に、演算回路の出力によって所定周波数のず
れを補正する。 【効果】高密度波長多重光通信に好適な光伝送装置が実
現可能となる。
波長多重通信用光源を用い、波長多重光送信装置を低コ
ストで再現性良く実現する。 【解決手段】波長可変光源１０１の出力光の一部は波長
安定化素子１０４に導かれ、所定の波長からの差分を受
光素子１０５及び演算回路１０７で検出し、制御回路１
０８、１０９を介してを光源に帰還する。特に制御回路
１０８は、波長制御性に優れる分布帰還型半導体レーザ
の上部電極の直上に薄膜ヒータを搭載したヒータ集積波
長可変レーザの上部電極に制御回路の出力を広範囲に可
変すると共に、演算回路の出力によって所定周波数のず
れを補正する。 【効果】高密度波長多重光通信に好適な光伝送装置が実
現可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光送信装置に係り、
更に詳しくいえば、波長の異なる複数の信号光を用いた
波長多重光伝通信システム等に適用される光送信装置に
関する。
更に詳しくいえば、波長の異なる複数の信号光を用いた
波長多重光伝通信システム等に適用される光送信装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】複数の波長の光信号を同一の光伝送線路
で伝える波長多重光通信は通信技術、光情報処理技術の
さらなる高性能化、低コスト化に向け重要である。
で伝える波長多重光通信は通信技術、光情報処理技術の
さらなる高性能化、低コスト化に向け重要である。
【０００３】波長多重光通信では、複数チャンネルの光
源の波長を所定の値に安定して保つことが重要ある。現
在、波長多重光通信で使用する各チャンネルの波長又は
周波数は、国際標準化（ＩＴＵ）により５０乃至１００
ＧＨｚ間隔（約０．４乃至は０．８ｎｍ間隔）で詳細に
決められている。このため光源となる半導体レーザの波
長をいかにして、標準値（ＩＴＵグリッド）に安定して
設定するかが大きな課題のひとつである。従来、高度の
信頼性が要求される波長多重光通信装置では、各チャン
ネル毎に波長モニタとフィードバック回路を設けて光源
の波長安定化を行うと共に、故障時に備えた予備の光源
を各チャンネルに設けている。また、個々の光源である
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの発振波長を所定の狭い波
長域内に作り込む必要がある。このため、半導体レーザ
の作製歩留まりに大きな課題が残る。これらの課題は、
送信装置の小型化、低コスト化の大きな障害であり、今
後、チャンネル間隔の低減、チャンネル数増大に伴って
大きな問題となる。
源の波長を所定の値に安定して保つことが重要ある。現
在、波長多重光通信で使用する各チャンネルの波長又は
周波数は、国際標準化（ＩＴＵ）により５０乃至１００
ＧＨｚ間隔（約０．４乃至は０．８ｎｍ間隔）で詳細に
決められている。このため光源となる半導体レーザの波
長をいかにして、標準値（ＩＴＵグリッド）に安定して
設定するかが大きな課題のひとつである。従来、高度の
信頼性が要求される波長多重光通信装置では、各チャン
ネル毎に波長モニタとフィードバック回路を設けて光源
の波長安定化を行うと共に、故障時に備えた予備の光源
を各チャンネルに設けている。また、個々の光源である
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの発振波長を所定の狭い波
長域内に作り込む必要がある。このため、半導体レーザ
の作製歩留まりに大きな課題が残る。これらの課題は、
送信装置の小型化、低コスト化の大きな障害であり、今
後、チャンネル間隔の低減、チャンネル数増大に伴って
大きな問題となる。
【０００４】一方、発振波長を変えることができる半導
体レーザを光源とし、複数のチャンネルの所要波長帶域
にわたって波長を変えることができる光源が検討されて
いる。しかし、この場合、効率良く、簡易、かつ連続的
に波長を掃引可能な波長可変半導体レーザの実現に加
え、波長をＩＴＵグリッド上に固定する波長安定化技術
が要求される。この要求に対し、温度調節素子（ペルチ
ェ）による波長可変機構と薄膜エタロンフィルタとを組
み合わせた波長可変／安定化光源が実現されているが消
費電力が大きいことに加え構成や作製が複雑である問題
がある。尚、この種の波長多重通信光源としてアイトリ
プルイー・フォトニクス・テクノロジ・レタース第４
冊、３２１頁、１９９２年が挙げられる。
体レーザを光源とし、複数のチャンネルの所要波長帶域
にわたって波長を変えることができる光源が検討されて
いる。しかし、この場合、効率良く、簡易、かつ連続的
に波長を掃引可能な波長可変半導体レーザの実現に加
え、波長をＩＴＵグリッド上に固定する波長安定化技術
が要求される。この要求に対し、温度調節素子（ペルチ
ェ）による波長可変機構と薄膜エタロンフィルタとを組
み合わせた波長可変／安定化光源が実現されているが消
費電力が大きいことに加え構成や作製が複雑である問題
がある。尚、この種の波長多重通信光源としてアイトリ
プルイー・フォトニクス・テクノロジ・レタース第４
冊、３２１頁、１９９２年が挙げられる。
【０００５】一方、現在、長距離幹線系の光通信システ
ムでは、信号の伝送速度は２．５〜１０Ｇｂ／ｓが主流
であり、外部変調方式が必須ある。このため、半導体レ
ーザと外部光変調器をモノリシック集積した変調器集積
光源の形態が望ましい。
ムでは、信号の伝送速度は２．５〜１０Ｇｂ／ｓが主流
であり、外部変調方式が必須ある。このため、半導体レ
ーザと外部光変調器をモノリシック集積した変調器集積
光源の形態が望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、製造が容易で上記波長標準チャンネルにチュー
ニング可能な波長多重通信用光送信装置を提供すること
である。特に外部変調器をモノリシック集積した半導体
レーザを用いた長距離伝送に好適な光送信装置を提供す
ることである。
目的は、製造が容易で上記波長標準チャンネルにチュー
ニング可能な波長多重通信用光送信装置を提供すること
である。特に外部変調器をモノリシック集積した半導体
レーザを用いた長距離伝送に好適な光送信装置を提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光送信装置は、単一波長の光を発光する半
導体レーザと、上記単一波長を広範囲に可変するととも
に、可変した単一波長を特定の波長に安定化する制御回
路と、上記半導体レーザの光を光電変換し上記制御回路
に加える光学手段を有して構成される。
に、本発明の光送信装置は、単一波長の光を発光する半
導体レーザと、上記単一波長を広範囲に可変するととも
に、可変した単一波長を特定の波長に安定化する制御回
路と、上記半導体レーザの光を光電変換し上記制御回路
に加える光学手段を有して構成される。
【０００８】本発明の好ましい実施形態では、上記半導
体レーザと上記光学手段は単一の基板上にモノリシック
集積化又はハイブリッド集積化される。また、上記半導
体レーザは、波長制御性に優れる分布帰還型又は分布反
射型半導体レーザの上部電極の直上に薄膜ヒータを搭載
したヒータ集積波長可変構造で構成さる。また、上記光
学手段は複数の離散的周波数に対して類似の単峰の周波
数特性を持つ光学素子からなり、上記制御回路が上記単
一波長を可変する波長制御変部と上記半導体レーザの駆
動電流を制御する駆動電流制御部を持ち、上記波長制御
変部及び上記駆動電流制御部の入力部にそれぞれの上記
離散的周波数の相隣る周波数の信号成分の差信号及び和
信号を加えるように構成される。
体レーザと上記光学手段は単一の基板上にモノリシック
集積化又はハイブリッド集積化される。また、上記半導
体レーザは、波長制御性に優れる分布帰還型又は分布反
射型半導体レーザの上部電極の直上に薄膜ヒータを搭載
したヒータ集積波長可変構造で構成さる。また、上記光
学手段は複数の離散的周波数に対して類似の単峰の周波
数特性を持つ光学素子からなり、上記制御回路が上記単
一波長を可変する波長制御変部と上記半導体レーザの駆
動電流を制御する駆動電流制御部を持ち、上記波長制御
変部及び上記駆動電流制御部の入力部にそれぞれの上記
離散的周波数の相隣る周波数の信号成分の差信号及び和
信号を加えるように構成される。
【０００９】本発明の他の目的、特徴は実施形態の中で
説明する。
説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１は本発明によ
る光送信装置を構成する光源部の一実施形態の構成を示
す。
る光送信装置を構成する光源部の一実施形態の構成を示
す。
【００１１】本実施形態は、単一波長でその単一波長が
可変でされた光を放出する半導体レーザ１０１と、上記
単一波長を可変し、かつ可変された単一波長を特定の波
長に安定化する制御回路（１０８、１０９）と、半導体
レーザ１０１の光を光電変換し上記制御回路に加える光
学手段（１０３、１０４、１０６）を有して構成され
る。
可変でされた光を放出する半導体レーザ１０１と、上記
単一波長を可変し、かつ可変された単一波長を特定の波
長に安定化する制御回路（１０８、１０９）と、半導体
レーザ１０１の光を光電変換し上記制御回路に加える光
学手段（１０３、１０４、１０６）を有して構成され
る。
【００１２】波長可変半導体レーザ部１０１の出力光
は、光結合部１０２を介して、光分波器１０３に導かれ
る。光分波器１０３では、入力光の一部が所要光として
外部変調器（図示されていない）に加えられる。上記出
力光の一部は分波され、アレイ導波路格子フィルタ１０
４を通過した後、上記出力光の波長に応じて、アレイ導
波路格子１０４の各出力導波路１０６に導かれる。出力
導波路１０６に導かれた導波光は各出力導波路１０６の
出力端に対応して設けられた受光素子アレイ１０５によ
って光電変換される。光電変換された光電流は、演算回
路１０７（詳細は後で図３で説明する）で変換され、一
部は波長制御回路１０８を介してヒータ集積型波長可変
レーザである波長可変半導体レーザ部１０１の上部電極
近傍に設けられた加熱電極に加えられ、他の一部はレー
ザ駆動電流制御回路１０９を介して、半導体レーザ部１
０１の駆動電極に加えられる。
は、光結合部１０２を介して、光分波器１０３に導かれ
る。光分波器１０３では、入力光の一部が所要光として
外部変調器（図示されていない）に加えられる。上記出
力光の一部は分波され、アレイ導波路格子フィルタ１０
４を通過した後、上記出力光の波長に応じて、アレイ導
波路格子１０４の各出力導波路１０６に導かれる。出力
導波路１０６に導かれた導波光は各出力導波路１０６の
出力端に対応して設けられた受光素子アレイ１０５によ
って光電変換される。光電変換された光電流は、演算回
路１０７（詳細は後で図３で説明する）で変換され、一
部は波長制御回路１０８を介してヒータ集積型波長可変
レーザである波長可変半導体レーザ部１０１の上部電極
近傍に設けられた加熱電極に加えられ、他の一部はレー
ザ駆動電流制御回路１０９を介して、半導体レーザ部１
０１の駆動電極に加えられる。
【００１３】図２は、図１の受光素子アレイ１０５及び
演算回路１０７部の詳細を示す回路図である。受光素子
アレイ１０５中、相隣なる各受光素子をｉ番目、ｉ＋１
番目、ｉ＋２１番目・・・のように番号を付している。
演算回路１０７のそれぞれは、相隣なる受光素子からの
光電流を２入力とする差動増幅器で構成されている。各
差動増幅器１０６の和出力は共通に線路１１１で接続さ
れ、レーザ駆動電流制御回路１０９に接続され、各差動
増幅器の差出力は共通に線路１１０で接続され、波長制
御回路１０８に加えられる。
演算回路１０７部の詳細を示す回路図である。受光素子
アレイ１０５中、相隣なる各受光素子をｉ番目、ｉ＋１
番目、ｉ＋２１番目・・・のように番号を付している。
演算回路１０７のそれぞれは、相隣なる受光素子からの
光電流を２入力とする差動増幅器で構成されている。各
差動増幅器１０６の和出力は共通に線路１１１で接続さ
れ、レーザ駆動電流制御回路１０９に接続され、各差動
増幅器の差出力は共通に線路１１０で接続され、波長制
御回路１０８に加えられる。
【００１４】図３は、受光素子アレイ１０５部及び演算
回路１０７部の特性図であり、（ａ）及び（ｂ）はそれ
ぞれ受光素子アレイ１０５の光電流量の入力光波長依存
性及び演算回路１０７部の出力の波長依存性を示す。各
受光素子１０５の光電流量は、（ａ）の入力光波長依存
性に示すように、アレイ導波路格子フィルタ１０４の透
過波長に応じ光電流が変化する。この場合、アレイ導波
路格子フィルタ１０４の透過波長の間隔、半値全幅を共
に５０ＧＨｚに設定している。アレイ導波路格子フィル
タ１０４及び各受光素子１０５の総合特性は、複数の離
散的周波数ｆi、ｆi+1，ｆi+2・・・に対して類似の単
峰の周波数特性を持つ。
回路１０７部の特性図であり、（ａ）及び（ｂ）はそれ
ぞれ受光素子アレイ１０５の光電流量の入力光波長依存
性及び演算回路１０７部の出力の波長依存性を示す。各
受光素子１０５の光電流量は、（ａ）の入力光波長依存
性に示すように、アレイ導波路格子フィルタ１０４の透
過波長に応じ光電流が変化する。この場合、アレイ導波
路格子フィルタ１０４の透過波長の間隔、半値全幅を共
に５０ＧＨｚに設定している。アレイ導波路格子フィル
タ１０４及び各受光素子１０５の総合特性は、複数の離
散的周波数ｆi、ｆi+1，ｆi+2・・・に対して類似の単
峰の周波数特性を持つ。
【００１５】受光素子アレイ１０５中ｉ番目及びｉ＋１
番目の受光素子の出力電流をそれぞれＩph,i、Ｉph,i+1
とし、これらの和成分（Ｉph,i＋Ｉph,i+1）及び差成分
（Ｉph,i−Ｉph,i+1）を演算増幅器１０７を用いて抽出
する。
番目の受光素子の出力電流をそれぞれＩph,i、Ｉph,i+1
とし、これらの和成分（Ｉph,i＋Ｉph,i+1）及び差成分
（Ｉph,i−Ｉph,i+1）を演算増幅器１０７を用いて抽出
する。
【００１６】図（ｂ）に示すように、差成分（Ｉph,i−
Ｉph,i+1）は、周波数ｆｉでゼロ点を横切る。また、各
離散周波数ｆｉ（ｉ＝１，２，．．）は、ほぼ５０ＧＨ
ｚの等間隔に配置される。図に示す例は、１９１．０±
０．５ｉ（ＴＨｚ）の場合である。一方、和成分（Ｉ
ph,i＋Ｉph,i+1）はほぼ一定の値となる。この差成分を
線路１１０介して波長制御回路１０８に加え、波長制御
電流にフィードバックすることにより波長可変レーザ１
０１の発振波長を所定の波長値λｉに安定化する。即
ち、前もって定められて波長制御電流に上記差成分を加
えることにより、波長可変レーザ１０１の発振波長λｉ
に対応する周波数ｆiが、図３（ｂ）の光電流がゼロと
なるようにレーザ１０１の加熱電極に加える電流が制御
される。一方、和成分を線路１１１介してレーザ駆動電
流制御回路１０９に加え、波長可変レーザ１０１の駆動
電流にフィードバックすることにより波長可変レーザ１
０１の光出力を所定の値に制御する。
Ｉph,i+1）は、周波数ｆｉでゼロ点を横切る。また、各
離散周波数ｆｉ（ｉ＝１，２，．．）は、ほぼ５０ＧＨ
ｚの等間隔に配置される。図に示す例は、１９１．０±
０．５ｉ（ＴＨｚ）の場合である。一方、和成分（Ｉ
ph,i＋Ｉph,i+1）はほぼ一定の値となる。この差成分を
線路１１０介して波長制御回路１０８に加え、波長制御
電流にフィードバックすることにより波長可変レーザ１
０１の発振波長を所定の波長値λｉに安定化する。即
ち、前もって定められて波長制御電流に上記差成分を加
えることにより、波長可変レーザ１０１の発振波長λｉ
に対応する周波数ｆiが、図３（ｂ）の光電流がゼロと
なるようにレーザ１０１の加熱電極に加える電流が制御
される。一方、和成分を線路１１１介してレーザ駆動電
流制御回路１０９に加え、波長可変レーザ１０１の駆動
電流にフィードバックすることにより波長可変レーザ１
０１の光出力を所定の値に制御する。
【００１７】本実施形態の特長は、一つの導波炉型デバ
イス（アレイ導波路格子フィルタ１０４）を用いて複数
の波長を安定化することである。従って、特に波長可変
光源の発振波長を所定の離散的な波長で安定化させる。
イス（アレイ導波路格子フィルタ１０４）を用いて複数
の波長を安定化することである。従って、特に波長可変
光源の発振波長を所定の離散的な波長で安定化させる。
【００１８】以上、本実施形態ではヒータ集積型波長可
変レーザについて示したが、波長を広範囲で可変でき、
かつ上記広範囲の中の離散的周波数に設定する必要のあ
る形態の波長可変レーザにおける波長安定化に対しても
同様な構成で適用できる。
変レーザについて示したが、波長を広範囲で可変でき、
かつ上記広範囲の中の離散的周波数に設定する必要のあ
る形態の波長可変レーザにおける波長安定化に対しても
同様な構成で適用できる。
【００１９】＜実施形態２＞図４は本発明による光送信
装置を構成する光源部の第２の実施形態の構成を示す。
本実施形態は図１に示した構成部品を同一基板上にハイ
ブリッド集積化したものである。
装置を構成する光源部の第２の実施形態の構成を示す。
本実施形態は図１に示した構成部品を同一基板上にハイ
ブリッド集積化したものである。
【００２０】シリコン基板２１３上に、石英系光導波路
からなるアレイ導波路格子フィルタ２１２を形成する。
シリコン基板２１６上に、波長可変分布帰還型半導体レ
ーザ２０１を集積化するレーザ搭載部２１４、受光素子
アレイ２０５を集積化する搭載部２１５が設けられる。
なお、２０１ないし２１１は、それぞれ図１の１０１な
いし１１１に対応する。
からなるアレイ導波路格子フィルタ２１２を形成する。
シリコン基板２１６上に、波長可変分布帰還型半導体レ
ーザ２０１を集積化するレーザ搭載部２１４、受光素子
アレイ２０５を集積化する搭載部２１５が設けられる。
なお、２０１ないし２１１は、それぞれ図１の１０１な
いし１１１に対応する。
【００２１】半導体レーザ２０１は、図５の断面図に示
すように、多重量子井戸活性層を有する発振波長約１５
５０ｎｍの分布帰還型半導体レーザ２０１の素子表面電
極２１７直上に、表面電極２１７と電気的に絶縁された
白金薄膜ヒータ２１８を形成する。本構造では白金薄膜
ヒータ２１８に通電することにより、レーザ活性層部を
加熱し、屈折率変化を生じさせる。これにより、分布帰
還型レーザ２０１の発振波長を変化させる。また、分布
帰還型半導体レーザ２０１の前後端面にはスポット拡大
導波路２１９がモノリシック集積されている。上記実施
形態では白金薄膜ヒータ２１８は表面電極２１７直上に
設けた場合を示したが、半導体レーザを構成する導波路
の近傍の１〜３０μｍの領域に設けてもよい。
すように、多重量子井戸活性層を有する発振波長約１５
５０ｎｍの分布帰還型半導体レーザ２０１の素子表面電
極２１７直上に、表面電極２１７と電気的に絶縁された
白金薄膜ヒータ２１８を形成する。本構造では白金薄膜
ヒータ２１８に通電することにより、レーザ活性層部を
加熱し、屈折率変化を生じさせる。これにより、分布帰
還型レーザ２０１の発振波長を変化させる。また、分布
帰還型半導体レーザ２０１の前後端面にはスポット拡大
導波路２１９がモノリシック集積されている。上記実施
形態では白金薄膜ヒータ２１８は表面電極２１７直上に
設けた場合を示したが、半導体レーザを構成する導波路
の近傍の１〜３０μｍの領域に設けてもよい。
【００２２】波長可変分布帰還型半導体レーザ２０１の
後方出力光は、アレイ導波路格子フィルタ２１２を通過
した後、出力光の波長に応じて、アレイ導波路格子２１
２の各出力導波路２０６導かれる。この導波光は各出力
導波路２０６の出力端部に設けられた受光素子アレイ２
０５で光電流に変換される。アレイ導波路格子フィルタ
２１２の透過波長に応じ光電流が変化するため、実施形
態１と同様に隣り合う受光素子の光電流の差成分及び和
成分を抽出し、それぞれ波長制御回路２０８、レーザ駆
動電流制御回路２０９を介してヒータ電流、レーザ駆動
電流にフィードバックすることにより波長可変レーザ２
０１の光出力及び波長を所定の波長値に安定化する。
後方出力光は、アレイ導波路格子フィルタ２１２を通過
した後、出力光の波長に応じて、アレイ導波路格子２１
２の各出力導波路２０６導かれる。この導波光は各出力
導波路２０６の出力端部に設けられた受光素子アレイ２
０５で光電流に変換される。アレイ導波路格子フィルタ
２１２の透過波長に応じ光電流が変化するため、実施形
態１と同様に隣り合う受光素子の光電流の差成分及び和
成分を抽出し、それぞれ波長制御回路２０８、レーザ駆
動電流制御回路２０９を介してヒータ電流、レーザ駆動
電流にフィードバックすることにより波長可変レーザ２
０１の光出力及び波長を所定の波長値に安定化する。
【００２３】＜実施形態３＞図６は本発明による光送信
装置を構成する光源部の第３の実施形態の構成を示す。
本実施形態は、実施形態１の構成部品（１０１、１０
５、１０６、１１２）を単一のＩｎＰ基板３０４上にモ
ノリシック集積化した点で実施形態１と異なり、各構成
部品３０１、３０５、３０６、３０８、３０９及び３１
２はそれぞれ図１の１０１、１０５、１０６、１０８、
１０９及び１１２に対応し、その構成動作は実施形態１
と同様である。多重量子井戸活性層を有する発振波長約
１５５０ｎｍの分布帰還型半導体レーザ３０１の素子表
面電極３１７上部に、表面電極３１７と電気的に絶縁さ
れた白金薄膜ヒータ３１８を公知の手法により形成す
る。
装置を構成する光源部の第３の実施形態の構成を示す。
本実施形態は、実施形態１の構成部品（１０１、１０
５、１０６、１１２）を単一のＩｎＰ基板３０４上にモ
ノリシック集積化した点で実施形態１と異なり、各構成
部品３０１、３０５、３０６、３０８、３０９及び３１
２はそれぞれ図１の１０１、１０５、１０６、１０８、
１０９及び１１２に対応し、その構成動作は実施形態１
と同様である。多重量子井戸活性層を有する発振波長約
１５５０ｎｍの分布帰還型半導体レーザ３０１の素子表
面電極３１７上部に、表面電極３１７と電気的に絶縁さ
れた白金薄膜ヒータ３１８を公知の手法により形成す
る。
【００２４】本実施形態では、白金薄膜ヒータ３１８に
通電することにより、レーザ活性層部を加熱し、屈折率
変化を生じさせ、従って分布帰還型レーザ３０１の発振
波長を変化させる。分布帰還型半導体レーザ３０１の後
方側には、ＩｎＧａＡｓＰ導波路からなるアレイ導波路
格子フィルタ３１２がモノリシック集積化されている。
アレイ導波路格子フィルタ３１２は組成波長１．１５μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰから構成され、ハイメサ構造に加工
されている。アレイ導波路格子フィルタ３１２の出力側
には導波路型受光素子アレイ３０６がモノリシック集積
化されている。
通電することにより、レーザ活性層部を加熱し、屈折率
変化を生じさせ、従って分布帰還型レーザ３０１の発振
波長を変化させる。分布帰還型半導体レーザ３０１の後
方側には、ＩｎＧａＡｓＰ導波路からなるアレイ導波路
格子フィルタ３１２がモノリシック集積化されている。
アレイ導波路格子フィルタ３１２は組成波長１．１５μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰから構成され、ハイメサ構造に加工
されている。アレイ導波路格子フィルタ３１２の出力側
には導波路型受光素子アレイ３０６がモノリシック集積
化されている。
【００２５】本実施形態においても、実施形態１、２と
同様に隣り合う受光素子の光電流の差成分及び和成分を
抽出し、それぞれヒータ電流、レーザ駆動電流にフィー
ドバックすることにより波長可変レーザの光出力及び波
長を所定の波長値に安定化する。また、本実施形態の更
なる特徴は該モノリシック集積素子の温度を制御するこ
とにより安定化する波長を国際標準値（ＩＴＵ）の波長
に適合することが容易にできる点である。これは、半導
体導波路の動作波長の温度係数が＋０．１ｎｍ／ｄｅｇ
（−１２ＧＨｚ／ｄｅｇ）と大きいことに起因する。
同様に隣り合う受光素子の光電流の差成分及び和成分を
抽出し、それぞれヒータ電流、レーザ駆動電流にフィー
ドバックすることにより波長可変レーザの光出力及び波
長を所定の波長値に安定化する。また、本実施形態の更
なる特徴は該モノリシック集積素子の温度を制御するこ
とにより安定化する波長を国際標準値（ＩＴＵ）の波長
に適合することが容易にできる点である。これは、半導
体導波路の動作波長の温度係数が＋０．１ｎｍ／ｄｅｇ
（−１２ＧＨｚ／ｄｅｇ）と大きいことに起因する。
【００２６】＜実施形態４＞図７は本発明による光送信
装置を構成する光源部の第４の実施形態の構成を示す。
この実施形態では、実施形態３に示した構成と同様の動
作原理の波長可変分布帰還型レーザ４０１に電界吸収型
光変調器４２０及びアレイ導波路格子フィルタ４１２が
モノリシック集積化されている。半導体レーザ４０１と
電界吸収型光変調器４２０の距離は１５０μｍ以上間隔
が設けられており、波長可変時にレーザ内部に印加され
る熱が光変調器４１７に到達しない設計になっている。
なお、構成部品４０１、４０４、４０５、４０６、４０
７、４０８、４０９、４１２、４１７及び４１８はそれ
ぞれ図３の３０１、３０１、３０４、３０５、３０６、
３０７、３０８、３０９、３１２、３１７及び３１８に
対応する。
装置を構成する光源部の第４の実施形態の構成を示す。
この実施形態では、実施形態３に示した構成と同様の動
作原理の波長可変分布帰還型レーザ４０１に電界吸収型
光変調器４２０及びアレイ導波路格子フィルタ４１２が
モノリシック集積化されている。半導体レーザ４０１と
電界吸収型光変調器４２０の距離は１５０μｍ以上間隔
が設けられており、波長可変時にレーザ内部に印加され
る熱が光変調器４１７に到達しない設計になっている。
なお、構成部品４０１、４０４、４０５、４０６、４０
７、４０８、４０９、４１２、４１７及び４１８はそれ
ぞれ図３の３０１、３０１、３０４、３０５、３０６、
３０７、３０８、３０９、３１２、３１７及び３１８に
対応する。
【００２７】本実施形態においても実施形態１〜３と同
様に隣り合う受光素子の光電流の差成分及び和成分を抽
出し、それぞれ波長制御回路４０８及びレーザ駆動電流
制御回路４０９を介してヒータ電流、レーザ駆動電流に
フィードバックすることにより波長可変レーザの光出力
及び波長を所定の波長値に安定化する。また、本実施形
態による実施例によれば、波長を変化させた場合、４ｎ
ｍの波長操引レンジに於いて安定な毎秒１０ギガビット
での長距離伝送特性を実現できた。これは、４ｎｍ程度
の波長範囲内であれば、電界吸収型光変調器のチャーピ
ング特性の変化は僅かであることに起因する。
様に隣り合う受光素子の光電流の差成分及び和成分を抽
出し、それぞれ波長制御回路４０８及びレーザ駆動電流
制御回路４０９を介してヒータ電流、レーザ駆動電流に
フィードバックすることにより波長可変レーザの光出力
及び波長を所定の波長値に安定化する。また、本実施形
態による実施例によれば、波長を変化させた場合、４ｎ
ｍの波長操引レンジに於いて安定な毎秒１０ギガビット
での長距離伝送特性を実現できた。これは、４ｎｍ程度
の波長範囲内であれば、電界吸収型光変調器のチャーピ
ング特性の変化は僅かであることに起因する。
【００２８】＜実施形態５＞図８は本発明による光送信
装置の要部の第５の実施形態を示す図である。本実施形
態は、実施形態１の波長フィルタ部のアレイ導波路格子
１１２を誘電体多層膜フィルタにより構成されるファブ
リペロエタロン５２２に置き換えた構成である。他の図
１と同一機能部分には図１と同じ番号を付して説明を省
く。ファブリペロエタロン５２２は入射光に対し、４５
°の斜め配置され透過光及び反射光を生じるように設定
されている。透過光、反射光はそれぞれに設けられた受
光素子５２３、受光素子５２４により光電流に変換され
る点は実施形態１と同様である。 本実施形態５では、
ファブリペロエタロン５０４を光フィルタとして用いた
が、誘電体多層膜を用いた複数の透過波長を有するバン
ドパスフィルタを用いても同様な効果が得られる。
装置の要部の第５の実施形態を示す図である。本実施形
態は、実施形態１の波長フィルタ部のアレイ導波路格子
１１２を誘電体多層膜フィルタにより構成されるファブ
リペロエタロン５２２に置き換えた構成である。他の図
１と同一機能部分には図１と同じ番号を付して説明を省
く。ファブリペロエタロン５２２は入射光に対し、４５
°の斜め配置され透過光及び反射光を生じるように設定
されている。透過光、反射光はそれぞれに設けられた受
光素子５２３、受光素子５２４により光電流に変換され
る点は実施形態１と同様である。 本実施形態５では、
ファブリペロエタロン５０４を光フィルタとして用いた
が、誘電体多層膜を用いた複数の透過波長を有するバン
ドパスフィルタを用いても同様な効果が得られる。
【００２９】図９は図８の受光素子５２３、５２４及び
演算回路５２１部の特性図であり、（ａ）及び（ｂ）は
それぞれ光電流量の入力光波長依存性及び出力波長依存
性を示す。それぞれ受光素子５２３５及び５２４の光電
流の差成分及び和成分を抽出し、それぞれヒータ電流、
レーザ駆動電流にフィードバックすることにより波長可
変レーザ１０１の光出力及び波長を所定の波長値に安定
化する。これらの特性は、図３で説明したものと実質的
に同じであるので詳細な説明を省く。
演算回路５２１部の特性図であり、（ａ）及び（ｂ）は
それぞれ光電流量の入力光波長依存性及び出力波長依存
性を示す。それぞれ受光素子５２３５及び５２４の光電
流の差成分及び和成分を抽出し、それぞれヒータ電流、
レーザ駆動電流にフィードバックすることにより波長可
変レーザ１０１の光出力及び波長を所定の波長値に安定
化する。これらの特性は、図３で説明したものと実質的
に同じであるので詳細な説明を省く。
【００３０】＜実施形態６＞図１０は本発明による光送
信装置を組み込んだ波長多重伝送装置の一実施形態の構
成を示す図である。波長多重伝送装置６０１は、相互に
異なる固定の単一周波数の光を出射する６４個の光送信
装置６０５と、４個の実施形態４の光送信装置６０６
と、上記光送信装置６０５及び６０６の出力光を合波す
る合波器６０７と、合波器６０７から波長多重された合
波光を外部に出力する光導波路６０８を有する。４個の
光送信装置６０６の予備Ａ，Ｂ，・・Ｄは、それぞれ光
送信装置６０５である１６チャンネル群ｃｈ．１，ｃ
ｈ．２・・・・ｃｈ．１６の波長領域、ｃｈ．１７、ｃ
ｈ．８・・・・ｃｈ．３２の波長領域、・・及びｃｈ．
４９，ｃｈ．５０・・・ｃｈ．６４の波長領域をカバー
するの波長可変領域を持つ。４個の光送信装置６０６は
全チャネルｃｈ．１，ｃｈ．２・・・・ｃｈ．６４の全
波長帯１５３２〜１５５８ｎｍを全てカバーできる。チ
ャネルｃｈ．１，ｃｈ．２・・・・ｃｈ．６４の波長間
隔は５０ＧＨｚである。初期の設定波長が６ｎｍづつ異
なる。６４チャンネルの主光源６０５の何れかに故障が
生じた場合、その故障が生じたチャネル群に対応する予
備光送信装置６０６の可変の単一波長の波長を故障光送
信装置のそ波長とに設定することにより、高速に復旧可
能である。本構成では、４台の予備光送信装置で全ての
６４チャンネルをバックアップ可能である。このため、
従来全てのチャンネルに対してスペア部品を装備してい
た従来構成に比べ、装置の小型化、経済化を大幅に改善
される。
信装置を組み込んだ波長多重伝送装置の一実施形態の構
成を示す図である。波長多重伝送装置６０１は、相互に
異なる固定の単一周波数の光を出射する６４個の光送信
装置６０５と、４個の実施形態４の光送信装置６０６
と、上記光送信装置６０５及び６０６の出力光を合波す
る合波器６０７と、合波器６０７から波長多重された合
波光を外部に出力する光導波路６０８を有する。４個の
光送信装置６０６の予備Ａ，Ｂ，・・Ｄは、それぞれ光
送信装置６０５である１６チャンネル群ｃｈ．１，ｃ
ｈ．２・・・・ｃｈ．１６の波長領域、ｃｈ．１７、ｃ
ｈ．８・・・・ｃｈ．３２の波長領域、・・及びｃｈ．
４９，ｃｈ．５０・・・ｃｈ．６４の波長領域をカバー
するの波長可変領域を持つ。４個の光送信装置６０６は
全チャネルｃｈ．１，ｃｈ．２・・・・ｃｈ．６４の全
波長帯１５３２〜１５５８ｎｍを全てカバーできる。チ
ャネルｃｈ．１，ｃｈ．２・・・・ｃｈ．６４の波長間
隔は５０ＧＨｚである。初期の設定波長が６ｎｍづつ異
なる。６４チャンネルの主光源６０５の何れかに故障が
生じた場合、その故障が生じたチャネル群に対応する予
備光送信装置６０６の可変の単一波長の波長を故障光送
信装置のそ波長とに設定することにより、高速に復旧可
能である。本構成では、４台の予備光送信装置で全ての
６４チャンネルをバックアップ可能である。このため、
従来全てのチャンネルに対してスペア部品を装備してい
た従来構成に比べ、装置の小型化、経済化を大幅に改善
される。
【００３１】＜実施形態７＞図１０は本発明による光送
信装置を組み込んだ波長多重伝送システムの一実施形態
の構成を示す図である。
信装置を組み込んだ波長多重伝送システムの一実施形態
の構成を示す図である。
【００３２】複数の通信ノード７０２が、ループ状光伝
送路７０１で結合されている。ネットワークで使用され
る全６４チャンネルの波長は１５３２〜１５５８ｎｍ、
５０ＧＨｚ間隔である。各通信ノード７０２は、ブロッ
ク７０２−Ａに示すように、各波長信号を引き落とすた
めの波長選択型光スイッチ７０３、スイッチ７０３を介
して光伝送路７０１に結合された送信機７０４及び受信
機７０５を持つ。
送路７０１で結合されている。ネットワークで使用され
る全６４チャンネルの波長は１５３２〜１５５８ｎｍ、
５０ＧＨｚ間隔である。各通信ノード７０２は、ブロッ
ク７０２−Ａに示すように、各波長信号を引き落とすた
めの波長選択型光スイッチ７０３、スイッチ７０３を介
して光伝送路７０１に結合された送信機７０４及び受信
機７０５を持つ。
【００３３】送信機７０４は上記各実施形態で説明した
光送信装置、即ち波長が選択され、かつ安定化された光
源と、光源からの光を伝送すべき信号によって変調する
外部変調器を持つ。また、送信機７０４は上記全６４チ
ャンネルの内、１６チャンネル分をカバーする構成であ
る。本実施形態では、各ノード７０２で新たに加えるべ
き波長信号の波長をＩＴＵにて指定された所望の値に安
定に制御可能であり、本発明による光送信装置の実現に
より初めて実現可能となった。
光送信装置、即ち波長が選択され、かつ安定化された光
源と、光源からの光を伝送すべき信号によって変調する
外部変調器を持つ。また、送信機７０４は上記全６４チ
ャンネルの内、１６チャンネル分をカバーする構成であ
る。本実施形態では、各ノード７０２で新たに加えるべ
き波長信号の波長をＩＴＵにて指定された所望の値に安
定に制御可能であり、本発明による光送信装置の実現に
より初めて実現可能となった。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係る光送信装置によれば、容易
な手法で高信頼・高品質な波長多重伝送装置が実現でき
る。さらに、特に送信信号の波長を連続的に可変であり
且つ可変波長の安定化が可能な高信頼の光送信装置を低
コストで容易に実現できる。
な手法で高信頼・高品質な波長多重伝送装置が実現でき
る。さらに、特に送信信号の波長を連続的に可変であり
且つ可変波長の安定化が可能な高信頼の光送信装置を低
コストで容易に実現できる。
【図１】本発明による光送信装置を構成する光源部の一
実施形態の構成を示す図である。
実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１の受光素子アレイ１０５及び演算回路１０
７部の詳細を示す回路図である。
７部の詳細を示す回路図である。
【図３】図１の受光素子アレイ１０５及び演算回路１０
７部の特性図である。
７部の特性図である。
【図４】本発明による光送信装置を構成する光源部の第
２の実施形態の構成を示す図である。
２の実施形態の構成を示す図である。
【図５】図４の半導体レーザ２０１の断面図である。
【図６】本発明による光送信装置を構成する光源部の第
３の実施形態の構成を示す図である。
３の実施形態の構成を示す図である。
【図７】本発明による光送信装置を構成する光源部の第
４の実施形態の構成を示す図である。
４の実施形態の構成を示す図である。
【図８】本発明による光送信装置の要部の第５の実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図９】本発明による光送信装置の要部の第５の実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図１０】本発明による光送信装置を組み込んだ波長多
重伝送装置の一実施形態の構成を示す図である。
重伝送装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図１１】本発明による光送信装置を組み込んだ波長多
重ネットワークの一実施形態の構成を示す図である。
重ネットワークの一実施形態の構成を示す図である。
１０１…波長可変半導体レーザ部、１０２…光結合部、
１０３…光分波器、１０４…アレイ導波路格子フィル
タ、１０５…受光素子アレイ、１０６…出力導波路、１
０７…演算増幅器、１０８…波長制御回路、１０９…レ
ーザ駆動電流制御回路、１１０…、１１１…、１１２…
線路、２０１…分布帰還型半導体レーザ、２０５…受光
素子アレイ、２０６…出力導波路、２０７…演算増幅
器、２０８…波長制御回路、２０９…レーザ駆動電流制
御回路、２１２…アレイ導波路格子フィルタ、２１３…
シリコン基板、２１４…レーザ搭載部、２１５…受光素
子アレイ搭載部、２１７…素子表面電極、２１８…白金
薄膜ヒータ、２１９…スポット拡大導波路、３０１…分
布帰還型半導体レーザ、３０４…ＩｎＰ基板、３０５…
導波路型受光素子アレイ、３０７…演算増幅器、３０８
…波長制御回路、３０９…レーザ駆動電流制御回路、３
１２…アレイ導波路格子フィルタ、３１７…素子表面電
極、３１８…白金薄膜ヒータ、４０１…波長可変分布帰
還型レーザ、４０４…ＩｎＰ基板、４０５…受光素子ア
レイ、４０７…演算増幅器、４０８…波長制御回路、４
０９…レーザ駆動電流制御回路、４１２…アレイ導波路
格子フィルタ、４１７…素子表面電極、４１８…白金薄
膜ヒータ、４２０…電界吸収型光変調器、５２２…ファ
ブリペロエタロンフィルタ、５２３…受光素子、５２４
…受光素子、５２１…演算増幅器、６０１…送信機、６
０５…主光源、６０６…予備光源、６０７…合波器、７
０１…波長多重ネットワーク、７０２…ノード、７０３
…光スイッチ、７０４…送信機、７０５…受信器。
１０３…光分波器、１０４…アレイ導波路格子フィル
タ、１０５…受光素子アレイ、１０６…出力導波路、１
０７…演算増幅器、１０８…波長制御回路、１０９…レ
ーザ駆動電流制御回路、１１０…、１１１…、１１２…
線路、２０１…分布帰還型半導体レーザ、２０５…受光
素子アレイ、２０６…出力導波路、２０７…演算増幅
器、２０８…波長制御回路、２０９…レーザ駆動電流制
御回路、２１２…アレイ導波路格子フィルタ、２１３…
シリコン基板、２１４…レーザ搭載部、２１５…受光素
子アレイ搭載部、２１７…素子表面電極、２１８…白金
薄膜ヒータ、２１９…スポット拡大導波路、３０１…分
布帰還型半導体レーザ、３０４…ＩｎＰ基板、３０５…
導波路型受光素子アレイ、３０７…演算増幅器、３０８
…波長制御回路、３０９…レーザ駆動電流制御回路、３
１２…アレイ導波路格子フィルタ、３１７…素子表面電
極、３１８…白金薄膜ヒータ、４０１…波長可変分布帰
還型レーザ、４０４…ＩｎＰ基板、４０５…受光素子ア
レイ、４０７…演算増幅器、４０８…波長制御回路、４
０９…レーザ駆動電流制御回路、４１２…アレイ導波路
格子フィルタ、４１７…素子表面電極、４１８…白金薄
膜ヒータ、４２０…電界吸収型光変調器、５２２…ファ
ブリペロエタロンフィルタ、５２３…受光素子、５２４
…受光素子、５２１…演算増幅器、６０１…送信機、６
０５…主光源、６０６…予備光源、６０７…合波器、７
０１…波長多重ネットワーク、７０２…ノード、７０３
…光スイッチ、７０４…送信機、７０５…受信器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/12 Ｇ０２Ｂ 6/28 Ｄ Ｈ０４Ｊ 14/00 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｅ 14/02 Ｆターム(参考） 2H047 KA12 LA19 MA07 5F073 AA64 AA74 AB12 AB15 BA02 CB02 EA13 EA15 GA13 5K002 AA01 AA05 BA02 BA04 BA05 BA06 BA13 CA05 DA02 DA11 FA01
Claims (17)
- 【請求項１】単一波長の光を放出する半導体レーザと、
上記半導体レーザの光を光電変換し光電流を得る光学手
段と、上記単一波長を変化させ、かつ変化した単一波長
を上記光電流の入力により特定の波長に安定化する制御
回路とを持つ光源を有することを特徴とする光送信装
置。 - 【請求項２】上記半導体レーザと上記光学手段が集積体
で構成され、上記制御回路が上記集積体の外部に設けら
れたことを特徴とする請求項１記載の光送信装置。 - 【請求項３】上記半導体レーザは分布帰還型又は分布反
射型レーザであることを特徴とする請求項１又は２記載
の光伝送装置。 - 【請求項４】上記光学手段が複数の離散的周波数に対し
て類似の単峰の周波数特性を持つ光学素子からなり、上
記制御回路が上記単一波長を可変にする波長制御と上記
半導体レーザの駆動電流を制御する駆動電流制御部を持
ち、上記波長制御部及び上記駆動電流制御部のそれぞれ
の入力部に上記離散的周波数の相隣る周波数の信号成分
の和信号及び差信号を加えるように構成されたことを特
徴とする請求項１、２又は３記載の光送信装置。 - 【請求項５】上記光学手段が導波路型光学素子及び導波
路型光学素子の出力を光電変換する受光素子からなるこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光
送信装置。 - 【請求項６】上記導波路型光学素子が伝播波長が異なる
複数の光導波路を配列したアレイ導波路格子であること
を特徴とする請求項５記載の光送信装置。 - 【請求項７】上記半導体レーザと上記アレイ導波路格子
が同一基板上にハイブリッド集積化されたことを特徴と
する請求項６記載の光送信装置。 - 【請求項８】上記半導体レーザと上記アレイ導波路格子
が同一半導体基板上にモノリシック集積化されたことを
特徴とする請求項６に記載の光送信装置。 - 【請求項９】上記半導体レーザの出力光を変調する光変
調器をさらに有し、上記半導体レーザと光変調器及び上
記アレイ導波路格子が同一半導体基板上にモノリシック
集積化されたことを特徴とする請求範囲８に記載の光送
信装置。 - 【請求項１０】上記光学手段が導波路型ファブリペロエ
タロンであり、上記ファブリペロエタロンの共振器長Lc
と活性導波路の有効屈折率neffとの間に以下の関係式が
成り立つことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
に記載の光送信装置。 2Lcneff /c0＝〓fsp 但し、c0は真空中の光速、〓fspは50×N×109(Nは整数)
で与えられる定数である。 - 【請求項１１】上記半導体レーザと上記導波路型ファブ
リペロエタロンが同一基板上にハイブリッド集積化され
たことことを特徴とする請求項１０記載の光送信装置。 - 【請求項１２】上記半導体レーザと上記導波路型ファブ
リペロエタロンが同一半導体基板上にモノリシック集積
化されたことを特徴とする請求項１０に記載の光送信装
置。 - 【請求項１３】上記半導体レーザの出力光を変調する光
変調器をさらに有し、上記半導体レーザと光変調器及び
上記導波路型ファブリペロエタロンが同一半導体基板上
にモノリシック集積化されたことを特徴とする請求範囲
１０に記載の光送信装置。 - 【請求項１４】上記半導体レーザの上部電極の直上又は
導波路の脇の１〜３０μｍの領域に薄膜ヒータを搭載し
たヒータ集積波長可変半導体レーザを用いることを特徴
とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の光送信装
置。 - 【請求項１５】請求項１ないし１２のいずれかに記載の
光送信装置を備え、異なる２波長以上の光波信号を同一
の光伝送線路上に伝搬させることを特徴とすること波長
多重光通信装置。 - 【請求項１６】上記異なる２波長以上の光波信号が隣合
うチャンネル間隔が50乃至100GHzであることを特徴とす
る請求項１５記載の波長多重光通信装置。 - 【請求項１７】請求項１５又は１６記載の波長多重光通
信装置の複数個をノードとし、光伝送線路で結合したこ
とを特徴とする光伝送システム。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP11225894A JP2001053379A (ja) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | 光送信装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11225894A JP2001053379A (ja) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | 光送信装置 |
Publications (1)
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|---|---|
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ID=16836557
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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2000
- 2000-08-09 US US09/635,199 patent/US6678480B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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