JP2002344077A - 光源の波長保持回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光源の出力光の強度変化によらず当該光源の発
振波長を一定値に保持することが可能な波長保持回路
を、低コストで提供する。 【解決手段】波長可変光源１２からの入力光を光分岐器
４で分岐し、入力光の強度ｐと、光弁別素子３の透過光
の強度とを出力可能な光周波数弁別器５を使用する。そ
して、波長設定信号と温度補償信号とを加算器８で加算
し、その結果に入力光の強度ｐを乗算器９で乗算した信
号から、光弁別素子３の透過光の強度信号を減算して、
波長可変光源１２に与える誤差信号を生成するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザなど
の光源の発振波長を安定に保つための波長保持回路に関
する。本発明に係わる波長保持回路は、特に、波長多重
伝送システムに設けられる光送信機において好適に使用
される。

【０００２】

【従来の技術】近年の光伝送システムにあっては、１つ
の伝送用ファイバに複数の波長の光信号を多重する波長
多重方式が注目されている。多重度が多ければ多いほ
ど、帯域あたりのコストを下げることができコスト面か
らのメリットがある反面、個々の光信号の波長（周波
数）を厳密かつ安定して一定の値に保つという高度の技
術が必要となる。

【０００３】光通信装置の光源には、一般に半導体レー
ザが使用される。半導体レーザの発振波長（周波数）は
注入電流および温度により変化するために、何らかの工
夫により波長を安定させる必要がある。簡単な工夫とし
ては、半導体レーザの温度を一定に保つようにする方法
がある。半導体レーザの発振周波数に対する温度依存性
は、通常０．０８〜０．１ｎｍ／℃であるので、半導体
レーザの温度変化を±１℃以下に保つことができれば、
波長変動を０．１ｎｍ以下に抑えることができる。

【０００４】しかしながらこの方法では、半導体レーザ
の出力波長が直接モニタされるわけではないので、波長
を厳密に一定値に保つことは難しい。例えば、半導体レ
ーザにはその出力レベルの安定化のため光出力一定制御
（Automatic Power Control：ＡＰＣ）がかけられる。
半導体レーザが劣化すると出力レベルが低下するが、Ａ
ＰＣの作用により注入電流が増加させられ、光出力が元
に戻される。ところが注入電流が変化すると発振波長も
変化するために、半導体レーザの温度が一定であっても
発振波長が変わってしまうことがある。

【０００５】すなわち、発振波長を厳密に一定値に保つ
には発振波長そのものをモニタする必要があり、この目
的のため従来から光周波数弁別器が使用されている。光
周波数弁別器は、光フィルタやエタロンなどの光弁別素
子を用い、入力される光信号の波長に応じて光弁別素子
の透過率が変化することを利用したデバイスである。

【０００６】図１７のグラフに示されるように、光弁別
素子の光透過率（符号３３）は或る特定の波長において
ピークとなる。光周波数弁別器は、光弁別素子のこのよ
うな特性を利用して光信号の波長をモニタするデバイス
である。なお、光弁別素子の反射率（符号３４）は上記
特定の波長において極小となり、光透過率３３と互いに
共役の関係に有る。この光反射率特性３４も、波長モニ
タのため利用されることがある。

【０００７】図１８を参照して光周波数弁別器につき説
明する。図１８に示される光周波数弁別器５は、ハーフ
ミラーなどの光分岐器４により半導体レーザ（図示せ
ず）からの入力光を２分岐し、一方の入力光をそのまま
フォトダイオードであるフォトダイオード（ＰＤ）１に
入射するとともに、他方の光信号は光弁別素子３を介し
てフォトダイオードであるフォトダイオード２に入射す
るようにしたものである。フォトダイオード１からは入
力光の強度を反映した電気信号が取り出され、フォトダ
イオード２からは、光弁別素子３の透過光の強度を反映
した電気信号が取り出される。このうちフォトダイオー
ド２から取り出される信号は、光弁別素子３の周波数特
性の影響を受けるので、結局のところ入力光の波長を反
映するものとなる。

【０００８】ところで、光フィルタやエタロンなどの光
弁別素子３の透過率特性は、その温度、および入力光の
強度によっても容易に変化する。すなわち、半導体レー
ザの出力光の波長が一定であってもその強度が変わった
り、光弁別素子３の温度が変化したりすると、フォトダ
イオード２からの電気信号が変化する。このため、あた
かも半導体レーザの出力光波長が変化したように見えて
しまい、誤った誤差信号が半導体レーザに与えられて、
結果として半導体レーザの出力光波長が正しい値から変
えられてしまうといった不具合を生じる。

【０００９】図１９を参照して、温度、および入力光の
強度によって光弁別素子の特性が変化することについて
詳しく説明する。図１９において符号３５は、或る特定
の温度および入力光強度における光弁別素子の透過光強
度特性を、波長の関数としてプロットしたグラフであ
る。

【００１０】符号３５に示される特性において半導体レ
ーザの出力光波長をλ０にセットするには、符号３６の
信号を制御目標値として設定することになる。この状態
から光弁別素子の温度が変化すると、光弁別素子の透過
光強度プロファイルは例えば符号３７のように横に移動
する。そうすると、同じ波長λ０を得るには、制御目標
値を符号３６から符号３８に補正する必要がある。

【００１１】さらに、半導体レーザからの入力光の強度
が強くなると、光弁別素子の透過光強度のプロファイル
は符号３７の状態から符号３９のように縦に拡大される
ため、同じ波長λ０を得るには制御目標値をさらに符号
４０のように補正しなければならない。

【００１２】以上をまとめると、光弁別素子からの出力
信号を半導体レーザの波長制御に使用する場合、温度や
入力光強度による光弁別素子の特性の変化を考慮しなけ
れば、半導体レーザに誤った誤差信号が与えられてその
出力光波長が正しい値から変えられてしまうといった不
具合を生じる。このため光周波数弁別器には、光弁別素
子の温度変化や入力光強度の変動によらず、半導体レー
ザへの誤差信号を補償するための回路が付属される。

【００１３】図２０を参照して、この種の従来の補償回
路につき説明する。図２０において符号１および２は、
図１７に示されたフォトダイオード１，２である。この
図に示される回路は、温度センサ２３を備えて光弁別素
子の温度変化に備えるとともに、フォトダイオード１か
らの信号を取り入れて半導体レーザの出力光強度を検出
するようにしたものである。

【００１４】温度センサ２３からの温度検出信号は加算
器２４に入力され、参照信号発生器２９により発生され
る波長設定のための参照信号と加算される。この加算さ
れた信号は、可変利得増幅器２５により所定の利得に調
節されたうえで減算器１０に与えられる。

【００１５】一方、フォトダイオード１、およびフォト
ダイオード２からの信号電流はそれぞれインピーダンス
素子２１，２２により電圧信号に変換されたのち、割り
算器３２に与えられる。割り算器３２では、フォトダイ
オード２からの信号がフォトダイオード１からの信号で
割り算される。すなわち、光弁別素子を透過後の信号強
度を透過前の信号強度で割ることにより、透過率を規格
化して図１９に示されるような透過率特性の縦の拡大を
相殺して、入力強度に依存性しない電気信号を得るよう
にしている。この入力強度に依存しない信号は減算器１
０に与えられ、可変利得増幅器２５の出力から減算され
る。このようにして図示しない半導体レーザへの誤差信
号が生成される。

【００１６】図２０に示される補償回路によれば、光弁
別素子に入力される光の強度が変化しても、光源の波長
変動分だけを反映した信号を得ることができ、入力強度
の変動の影響を受けずに半導体レーザの発振波長を制御
することが可能になる。もちろん、温度変化の影響をも
補償できる。

【００１７】しかしながら、図２０に示される構成では
割り算器３２を備えることが必須になる。周知のように
割り算器は複雑な構成をしており、従って価格も高い。
よって光伝送システムを構築するにあたっては、従来の
回路を使用するとコストの面から不利となる。特に、波
長多重光伝送システムにおいては波長多重数が多ければ
多いほど光源の数が多くなり、コスト面での影響が大き
くなることから何らかの対策が望まれている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、光
フィルタやエタロンなどの光弁別素子においては、入力
される光強度が変動すると光の透過率特性が変化するた
め、等価的に光周波数が変動したように見えてしまう。
このため、レーザ光源の光周波数が変えられてしまう虞
がある。光周波数弁別器への入力光の強度は、光信号を
光周波数弁別器に導入する光分岐器の分岐比や挿入損の
変動、レーザ光源のトラッキングエラー、波長を変化さ
せるための注入電流による出力変動などにより変化す
る。

【００１９】このような光弁別素子を用いた従来の波長
保持回路では、上記の不具合を防止するため、光周波数
弁別器に入力される入力光強度を検出してこの入力強度
で光周波数弁別器からの出力信号を割り算することによ
り、入力強度依存性をなくすようにしている。いわば、
入力強度に比例して光周波数弁別器の出力信号の参照点
を変化させることにより入力強度依存性を補償し、半導
体レーザの光出力波長（光周波数）を一定に保つように
している。しかしながら、このような従来の構成では割
り算器を必要とし、割り算器が高価であることからコス
トが高いという不具合がある。

【００２０】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、光源の出力光の強度変化によらず当該光源
の発振波長を一定値に保持することが可能な波長保持回
路を低コストで提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係わる波長保持回路は、光源の出力光の一部
がフィードバック入力され、変化し得る周波数特性のも
とで前記フィードバック光を透過させる光弁別素子を有
し、当該フィードバック光の強度を反映した入力強度信
号と、前記光弁別素子の透過光強度を反映した透過強度
信号とを出力する光周波数弁別手段と、前記光弁別素子
の温度による周波数特性の変化を補償するための温度補
償信号を生成する温度補償信号生成手段と、前記光源の
出力光波長を設定するための波長設定信号を生成する波
長設定信号生成手段と、前記温度補償信号と前記波長設
定信号との加算結果に相当する加算信号を生成する加算
信号生成手段と、前記加算信号と前記入力強度信号との
乗算結果に相当する乗算信号を生成する乗算信号生成手
段と、この乗算信号と前記透過強度信号との差から得ら
れる誤差信号を生成して、この誤差信号を前記光源に与
えて当該光源の出力光の波長を一定に保持させる誤差信
号生成手段とを具備することを特徴とする。

【００２２】前記光周波数弁別手段としては、前記光弁
別素子に照射される前の前記フィードバック光の一部を
分岐出力する光分岐器と、この光分岐器からの分岐光を
光／電変換して前記入力強度信号を生成する第１光／電
気変換器と、前記光分岐器を介して前記光弁別素子を透
過した光を光／電変換して前記透過強度信号を生成する
第２光／電気変換器とを備えるタイプの光周波数弁別器
が一例として挙げられる。

【００２３】または、前記光弁別素子の反射光を光／電
変換して反射強度信号を生成する第１光／電気変換器
と、前記光弁別素子の透過光を光／電変換して前記透過
強度信号を生成する第２光／電気変換器とを備えるタイ
プの光周波数弁別器を使用し、前記反射強度信号と前記
透過強度信号とを加算して前記入力強度信号を生成する
ようにして前記光周波数弁別手段を実現しても良い。

【００２４】このような手段を講じたことにより、光周
波数弁別手段からは、光源の出力光の強度と、光弁別素
子の透過光の強度とが出力される。また、温度補償信号
生成手段で生成された光弁別素子の温度変化を補償する
ための信号と、波長設定信号生成手段で生成された光源
の発振波長を設定するための信号とが加算信号生成手段
で加算される。更に、乗算信号生成により、加算信号生
成手段の出力が光源の出力光の強度と乗算される。この
乗算結果から光弁別素子の透過光の強度が誤差信号生成
手段により減算され、誤差信号が生成される。この誤差
信号は光源に与えられ、発振波長を一定に保つための制
御に供される。

【００２５】ここで、誤差信号は、光弁別素子の温度特
性を補償する成分と、光源の出力光との積のかたちで与
えられる。すなわち、光弁別素子の温度補償のための信
号が、光弁別素子に入力された光強度に比例して変化さ
せられるようになる。これにより、割り算器を必要とせ
ずとも光源の発振波長を一定に保つことが可能になり、
波長保持回路の低コスト化を促すことができるようにな
る。さらには、この波長保持回路を備えた発光モジュー
ル、光送信機、波長多重光伝送システムなどの低コスト
化を図ることが可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施形態につき説明する。 ＜本発明の基本構成に関する実施形態＞ （第１の実施形態）図１は、本発明にかかる波長保持回
路の第１の実施形態における基本構成を示す回路ブロッ
ク図である。図１において、半導体レーザなどの波長可
変光源１２の出力光の一部が光周波数弁別器５にフィー
ドバック入力され、光周波数弁別器５の出力から誤差信
号が生成される。この誤差信号は誤差増幅器１１を介し
て波長可変光源１２に戻され、これにより波長可変光源
１２の発振周波数が一定に保持される。

【００２７】光周波数弁別器５は図１８と同様の構成の
ものが使用されており、フォトダイオード１から出力さ
れる信号（ここでは入力強度信号と称する）は入力光の
強度を反映したものとなり、フォトダイオード２から出
力される信号（透過強度信号と称する）は光弁別素子３
の透過光の強度を反映したものとなる。

【００２８】温度補償信号生成部６は、光弁別素子３の
温度による周波数特性の変化を補償するための温度補償
信号を生成する。波長設定部７は、波長可変光源１２の
出力光波長を所望の波長に設定するための波長設定信号
を生成する。温度補償信号と波長設定信号とは加算器８
で加算される。加算器８の出力は乗算器９に与えられ、
入力強度信号と乗算されたのち減算器１０に与えられ
る。減算器１０では、乗算器９の出力から透過強度信号
が減算され、その結果が誤差増幅器１１に与えられて誤
差信号が生成される。なお乗算器９は、可変利得増幅器
で置き換えることも可能である。

【００２９】次に、上記構成における作用を説明する。
図１において、光周波数弁別器５にフィードバック入力
された光強度をｐとすると、このフィードバック光が光
弁別素子３を透過してフォトダイオード２に照射される
光強度は、次式（１）のように表すことができる。

【数１】

【００３０】式（１）において、ｆ（λ，Ｔ）は、光弁
別素子３の規格化透過率、ａは光分岐器４のフォトダイ
オード２に対する分岐比を示す。つまりフォトダイオー
ド２の出力は、入力光強度ｐと波長λと温度Ｔとの関数
となる。

【００３１】温度補償信号６からの出力をＶ_them（Ｔ）
とすると、波長可変光源１２への制御目標値はＶ_ref＋
Ｖ_them（Ｔ）となる。ただしＶ_refは、波長設定部７に
より設定された温度無依存の制御目標値である。通常で
あれば、制御目標値は制御出力信号と比較され、その誤
差信号が制御対象に戻される。この場合、誤差信号が光
周波数弁別器５への入力光強度ｐの関数となり、単純に
比較した場合には次式（２）が得られる。

【数２】

【００３２】式（２）において、Ｅｒｒｏｒ（Ｐ，λ，
Ｔ）は誤差信号を示す。この式（２）から分かるよう
に、入力光強度ｐが変化すると誤差信号も変化する。式
（２）の右辺には、ｐにより変化する項と、ｐにより変
化しない項とがあり、このことは、波長可変光源１２の
発振波長を一定にするための制御に不具合を生じること
を意味する。

【００３３】そこで本実施形態では、温度補償信号と制
御目標値との加算し、その結果に光周波数弁別器５への
入力光強度信号ｐを掛け算して得られる次式（３）を用
いるようにしている。

【数３】

【００３４】式（３）においてａは光分岐器４の分岐比
である。式（３）ではａ＝１−ａ＝０．５とした。

【００３５】式（３）から分かるように、式（３）の大
括弧内には、入力光強度ｐが含まれていない。ここで、
光弁別素子３の規格化透過率ｆ（λ，Ｔ）の温度依存分
を補償するように温度補償信号の補償量を設定するよう
にすれば、入力光強度ｐの変動の影響を受けずに、正確
に波長可変光源１２の波長変動分のみを反映した誤差信
号を取り出すことができる。すなわち、式（３）に示さ
れるような誤差信号を使用することで、入力光強度ｐの
影響を防ぎつつ波長可変光源１２の発振波長を一定に保
持することが可能になる。

【００３６】なお式（３）には依然として入力光強度ｐ
が含まれているが、式（３）の形から、ｐの変動量は波
長可変光源１２における制御回路（図示せず）の負帰還
利得を変えるかたちで作用することになる。これより、
上記制御回路に十分な負帰還利得を持たせるようにすれ
ば、ｐの変動の影響を無視できるほどに少なくすること
が可能になる。

【００３７】このように本実施形態では、波長可変光源
１２からの入力光を光分岐器４で分岐し、入力光の強度
ｐと、光弁別素子３の透過光の強度とを出力可能な光周
波数弁別器５を使用する。そして、波長設定信号と温度
補償信号とを加算器８で加算し、その結果に入力光の強
度ｐを乗算器９で乗算した信号から、光弁別素子３の透
過光の強度信号を減算して、波長可変光源１２に与える
誤差信号を生成するようにしている。

【００３８】このようにしたので、出力光強度ｐに温度
補正項を掛け算した形での誤差信号を得ることができ、
従って波長可変光源１２の出力光強度ｐの変化によら
ず、当該光源の発振波長を一定値に保持することが可能
となる。また上記構成では割り算器が必要とされず、い
ずれも安価な加算器８や乗算器９、減算器１０を使用す
れば足りるので、低コスト化を促すことが可能になる。 （第２の実施形態）図２は、本発明にかかる波長保持回
路の第２の実施形態における基本構成を示す回路ブロッ
ク図である。図２において図１と共通する部分には同一
の符号を付して示す。図２に示される波長保持回路は、
乗算器９において入力強度信号に温度補償信号のみを乗
算するようにしている。また波長設定部７により、入力
強度信号に比例する波長設定信号を生成するようにして
いる。そして、加減算器１０１により温度補償信号と波
長設定信号との和から透過強度信号を減算し、その結果
を誤差増幅器１１に与えて誤差信号を得るようにしたも
のである。すなわち本実施形態では、温度補償信号のみ
に入力光強度信号ｐを掛け算し、制御目標値は入力強度
信号ｐに比例させて生成するようにしている。

【００３９】図２に示される構成において、制御の誤差
信号は次式（４）に示されるようになる。

【数４】

【００４０】なお、式（４）におけるαは波長設定信号
に相当する。また式（４）においても光分岐器４の分岐
比をａ＝１−ａ＝０．５とした。

【００４１】式（４）は、式（２）と同様の形をしてお
り、このことから本実施形態においても、第１の実施形
態と同様の効果を得られることが分かる。

【００４２】（第３の実施形態）図３は、本発明にかか
る波長保持回路の第３の実施形態における基本構成を示
す回路ブロック図である。図３に示される波長保持回路
は、第１の実施形態と共通の原理に基づくものである
が、光周波数弁別器（区別のため符号１３を付す）の形
式が異なる点で異なっている。すなわち、図１の光周波
数弁別器５が入力光の強度ｐと、光弁別素子３の透過光
の強度とを出力するタイプであったのに対し、図３の光
周波数弁別器１３は、光弁別素子３の透過光の強度と光
弁別素子３からの反射光の強度とを出力するタイプであ
る。

【００４３】図４は、光周波数弁別器１３の構成を示す
回路図である。図１８の光周波数弁別器５と比較する
と、この光周波数弁別器１３は光分岐器４を省略し、光
弁別素子３の反射光が入射されるフォトダイオード１４
を備えるものとなっている。ここでは、フォトダイオー
ド１４の出力信号を入力強度信号と称する。

【００４４】本実施形態においては、光弁別素子３の透
過光強度と反射光強度とが互いに共役な関係にあること
を利用し、両者を互いに加算することで入力光強度ｐを
得るようにしている。図３において、反射光強度を反映
した入力強度信号は、透過光強度を反映した透過強度信
号と加算器１５にて加算される。加算器１５の出力が入
力光強度ｐとなる。以降の信号の流れについては図１と
同様であるので説明を省略する。このような構成によっ
ても、上記と同様の効果を得ることが可能になる。

【００４５】（第４の実施形態）図５は、本発明にかか
る波長保持回路の第４の実施形態における基本構成を示
す回路ブロック図である。図５に示される波長保持回路
は、第２の実施形態と共通の原理に基づくものである
が、光周波数弁別器の形式が異なる。本実施形態では、
第４の実施形態と同じタイプの光周波数弁別器１３が使
用される。ここでも、入力強度信号と透過強度信号とが
加算器１５にて加算されることにより、入力光強度ｐが
生成される。そして、図２と同様の信号の流れにより、
波長可変光源１２の発振波長を一定に保持でき、上記と
同様の効果を得ることが可能になる。

【００４６】次に、上記の構成を踏まえ、本発明に係わ
るより具体的な構成につき説明する。 ＜本発明のより具体的な構成に関する実施形態＞ （第５の実施形態）図６は、本発明にかかる波長保持回
路の第５の実施形態を示す回路ブロック図である。この
波長保持回路は、図２に示される原理のもとで構成され
る。図６において、フォトダイオード１は、サーミスタ
１６と抵抗素子１７とが並列接続されたサーミスタ回路
に接続される。サーミスタ１６の抵抗値は、光弁別素子
３の温度に応じて変化する。フォトダイオード１の出力
電流は、サーミスタ回路のトータルの抵抗値により電圧
に変換される。またフォトダイオード１は電流ミラー回
路４１に接続され、フォトダイオード１の出力電流と等
価な電流が生成される。この生成された電流は抵抗素子
２１により電圧に変換される。

【００４７】抵抗素子２１で発生された電圧は分圧器２
７により分圧されたのち、加算器２８に与えられてサー
ミスタ回路からの電圧と加算される。加算器２８の出力
は可変利得増幅器２５で利得調整されたのち、減算器１
０に入力される。

【００４８】一方、フォトダイオード２には抵抗素子２
２が直列接続されており、フォトダイオード２の出力電
流は電圧に変換されて減算器１０に入力される。減算器
１０は、可変利得増幅器２５の出力からフォトダイオー
ド２の出力電圧を減算して誤差信号２６を生成する。

【００４９】次に、上記構成における作用を詳しく説明
する。図６において、フォトダイオード１から出力され
る電流Ｉ_１（ｐ）は、入力光強度ｐの関数として次式
（５）で表される。

【数５】

【００５０】式（５）における１／２は光分岐器４の分
岐比を反映した数値で、η_１はフォトダイオード１の変
換効率である。式（５）の電流を電圧に変換すると、次
式（６）が得られる。

【数６】

【００５１】式（６）において、Ｚ_１はフォトダイオー
ド１の電流を電圧に変換するための抵抗成分であり、図
６においてはサーミスタ回路のトータルの抵抗値に対応
する。

【００５２】フォトダイオード２の出力電流は、光分岐
器４の分岐比１／２と、光弁別素子３の透過率が作用す
るので、次式（７）のように表される。

【数７】

【００５３】式（７）においてη_２はフォトダイオード
２の変換効率であり、ｆ（λ，Ｔ）は光弁別素子３の規
格化透過率である。これを電圧に変換すると、次式
（８）となる。

【数８】

【００５４】式（８）においてＺ_２はフォトダイオード
２の電流を電圧に変換するための抵抗成分であり、図６
においては抵抗素子２２の抵抗値に対応する。

【００５５】さて、式（５）の光入力強度出力電流Ｉ_１
（ｐ）は電流源と見なせるので、この電流を流し込む抵
抗が温度に対して変化するようにすれば、その抵抗成分
に発生する電圧が温度により変化することになる。この
ためには、サーミスタや温度センサなどを使用するとよ
い。さらにＩ_１（ｐ）は光入力強度ｐにより変化するの
で、発生する電圧は温度Ｔと入力光強度ｐに対して変化
することになる。

【００５６】例えば、サーミスタ１６の抵抗値をＲ
_ｓ（Ｔ）、温度補償の補償特性を決めるための抵抗素子
１７の抵抗値をＲ２とし、図７の構成のサーミスタ回路
を組むことにより、次式（９）に示される電圧を取り出
すことができる。

【数９】

【００５７】式（９）のＶ_ｓ（ｐ，Ｔ）は、温度Ｔによ
り変化し、また入力光強度ｐによっても変化する。Ｒ２
とＲ_ｓ（Ｔ）の比を変えたり、Ｒ_ｓ（Ｔ）の温度特性を
適宜選択することで、使用される光弁別素子３の温度変
動を打ち消す特性を持つ温度補償信号を得ることができ
る。実際の補正量は、これを適宜に増倍または分圧など
すれば良い。ここで、図７に示されるサーミスタ回路は
図６に示される回路と同様である。以上のようにして、
温度補償信号が生成される。

【００５８】次に、温度補償信号の補償量を決めるた
め、温度補償信号に倍率αが掛け算される。また、光弁
別素子３入力される入力光強度信号Ｖ_１（ｐ）が所望の
強度になるように、波長設定信号に倍率βが掛け算され
る。制御目標値は、これらを加算した値となる。図６に
おいては、αは可変利得増幅器２５の設定利得、βは分
圧器２７の分圧比となる。これより、図６の構成におけ
る制御目標値は次式（１０）で表される。

【数１０】

【００５９】誤差信号２６は式（１０）からフォトダイ
オード２の出力電圧Ｖ２（ｐ，Ｔ）を引くことにより得
られ、次式（１１）と表される。

【数１１】

【００６０】ここで、η１・Ｚ１＝η２・Ｚ２＝η・Ｚ
とすると、次式（１２）が得られる。

【数１２】

【００６１】式（１２）から分かるように、中括弧の中
には入力光強度ｐに関係する項が無くなり、入力光強度
ｐの変化は誤差信号Ｅｒｒｏｒ（λ，Ｔ，ｐ）の利得と
してしか影響しないことになる。従って、中括弧内の第
１項の温度補償項が第３項の規格化透過強度の温度変動
を補償するようにα、Ｒ２、Ｒ_ｓ（Ｔ）を設定すること
により、入力光強度ｐおよび温度Ｔの影響を受けずに、
光周波数（すなわち波長λ）の変動分のみを反映した誤
差信号を得ることが可能になる。

【００６２】なお、αの設定に可変利得増幅器２５を、
βの設定に分圧器２７を用いたが、信号レベルが合え
ば、α、βの設定には可変利得増幅器または分圧器のい
ずれを用いても良い。

【００６３】（第６の実施形態）図８は、本発明にかか
る波長保持回路の第６の実施形態を示す回路ブロック図
である。この波長保持回路は、図２に示される原理のも
とで構成される。図８において、フォトダイオード１に
は抵抗素子２１が接続され、入力光強度信号が直接に電
圧のかたちで出力される。この電圧信号はバッファアン
プ１９を介して２分岐され、一方は分圧器２７に印加さ
れ、他方はサーミスタ回路に印加される。

【００６４】図９は、図８におけるサーミスタ回路の構
成を示す図である。このサーミスタ回路は、差動増幅器
２０の正帰還端子と負帰還端子に並列接続された抵抗素
子１８に、互いに並列接続されたサーミスタ１６と抵抗
素子１７とを直列に接続してなるもので、バッファアン
プ１９からの電圧信号を温度に応じて可変するものであ
る。バッファアンプ１９はフォトダイオード１に対する
抵抗素子２１と後段のサーミスタ回路とのインピーダン
スの影響を分離するためのものである。

【００６５】図８においてサーミスタ回路の出力は可変
利得増幅器２５を介して加算器２８に与えられ、分圧器
２７の出力と加算される。加算器２８の出力は減算器１
０に与えられ、フォトダイオード２の出力が減算されて
誤差信号２６が生成される。

【００６６】図８においては、バッファアンプ１９の出
力電圧は、光入力強度ｐに従って変化する電圧源と見な
せる。従って、抵抗素子１８に流れる電流が、サーミス
タ１６の抵抗値Ｒｓ（Ｔ）と、抵抗素子１７の抵抗値Ｒ
２、および、抵抗素子１８の抵抗値Ｒ１により決定され
るので、抵抗素子１８の両端電圧は、入力光強度ｐ、お
よび温度Ｔに依存する信号となる。

【００６７】抵抗素子１８の抵抗値をＲ１とすると、そ
の両端電圧は次式（１３）のように表される。

【数１３】

【００６８】この場合の制御目標値は、次式（１４）に
示される。

【数１４】

【００６９】誤差信号は、式（１４）からフォトダイオ
ード２の出力電圧を引くことにより得られ、次式（１
５）となる。

【００７０】

【数１５】

【００７１】ここで、η１・Ｚ１＝η２・Ｚ２＝η・Ｚ
とすると、次式（１６）が得られる。

【数１６】

【００７２】式（１６）の中括弧の中には入力光強度ｐ
に関係する項が無くなり、入力光強度ｐの変化は誤差信
号Ｅｒｒｏｒ（λ，Ｔ，ｐ）の利得としてしか影響しな
いことになる。従って、中括弧内の第１項の温度補償項
が第３項の規格化透過強度の温度変動を補償するように
α、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ_ｓ（Ｔ）を設定することにより、入
力光強度ｐおよび温度Ｔの影響を受けずに、光周波数
（すなわち波長λ）の変動分のみを反映した誤差信号を
得ることが可能になる。これにより上記と同様の効果を
得られる。

【００７３】すなわち第５の実施形態ではフォトダイオ
ード１の出力電流を直接サーミスタ抵抗を負荷として電
圧変換したが、本実施形態では、フォトダイオード１の
出力電流を電圧に変換したのちに、温度補償信号を生成
するようにしている。

【００７４】つまり、抵抗素子１８をサーミスタ１６に
直列接続するようにし、抵抗素子１８を流れる電流値が
温度により変化することを利用して、この電流を検出す
ることにより温度補償信号を生成するようにしている。
この場合、抵抗素子１８と、サーミスタ１６の抵抗値の
比、および温度係数の選択、さらに、並列抵抗として抵
抗素子１７を設けることにより、使用する光弁別素子３
の温度に対する特性変動を打ち消すための信号を生成す
ることができる。

【００７５】（第７の実施形態）図１０は、本発明にか
かる波長保持回路の第７の実施形態を示す回路ブロック
図である。この波長保持回路は、図２に示される原理の
もとで構成される。図１０に示される波長保持回路は、
半導体素子などの温度センサ２３を備えている。そして
可変利得増幅器２５を温度センサに接続し、可変利得増
幅器２５の増幅利得を入力光強度ｐに応じて変化させる
ことにより、温度センサ２３の出力から温度補償信号を
生成するようにしている。可変利得増幅器２５として
は、一般のＡＧＣ（Automatic Gain Control）用ＩＣや
掛け算ＩＣを用いることができる。

【００７６】図１１は、図１０に示される温度センサ２
３を用いた温度補償信号生成回路の構成を示す図であ
る。温度センサ２３の出力信号をＶ_{t_semi}（Ｔ）とする
と、可変利得増幅器２５の出力Ｖ_{s_semi}（ｐ，Ｔ）は次
式（１７）と表せる。

【００７７】

【数１７】

【００７８】式（１７）においてＫ_１は、可変利得増幅
器２５の誤差信号の利得感度である。式（１７）に適宜
倍率をかけることにより、使用する光弁別素子３の温度
に対する出力変動を補正することができる。

【００７９】本実施形態における制御目標値は、加算器
２８の出力として次式（１８）で表される。

【数１８】

【００８０】式（１８）においてαは可変利得増幅器２
５の利得、βは分圧器２７の分圧比である。

【００８１】誤差信号２６は、次式（１９）で表され
る。

【数１９】

【００８２】式（１９）においてη１・Ｚ１＝η２・Ｚ
２＝η・Ｚとすれば、次式（２０）が得られる。

【数２０】

【００８３】ただし、式（２０）においてＫ＝α・Ｋ_１
とした。

【００８４】式（２０）は、第５の実施形態における式
（１２）や、第６の実施形態における式（１６）と同様
のかたちをしており、従って、本実施形態のように温度
センサ２３を用いた場合でも、上記と同様の効果を得る
ことができる。

【００８５】（第８の実施形態）図１２は、本発明にか
かる波長保持回路の第８の実施形態を示す回路ブロック
図である。この波長保持回路は、図１に示される原理の
もとで構成される。図１２に示される波長保持回路は、
温度センサ２３の出力と参照信号発生器２９で発生され
る一定値の電圧とを加算器８で加算し、その結果を乗算
器９および可変利得増幅器２５により、入力光強度ｐに
応じて変化させるようにしたものである。

【００８６】図１２において、参照信号発生器２９の出
力電圧をＶ_ｒｅｆとすれば、可変利得増幅器２５の出力
である制御目標値は次式（２１）で与えられる。

【数２１】

【００８７】誤差信号２６は、式（２１）から透過強度
信号を減算して得られ、次式（２２）で表される。

【数２２】

【００８８】よって、η１・Ｚ１＝η２・Ｚ２＝η・Ｚ
とすると、次式（２３）が得られる。

【数２３】

【００８９】となる。ただし、ここでもＫ＝α・Ｋ_１と
した。第６および第７の実施形態においては、入力強度
信号を分圧して、入力強度信号に比例した制御目標値を
生成するようにした。これに対し本実施形態では、制御
目標値を固定値（すなわちＶ_ｒｅｆ）で与え、この制御
目標値に温度補償量を加算したのち入力強度信号により
利得を変えるようにしている。このようにしても上記と
同様の効果を得ることができる。

【００９０】（その他の実施形態）以上の第１、第２、
および、第５〜第８の実施形態では、入力強度信号を直
接得られるタイプの光周波数弁別器５を使用した例につ
き説明した。これに代えて第３、第４の実施形態のよう
に、光弁別素子３の透過光強度と反射光強度とを出力す
るタイプの光周波数弁別器１３を使用することも可能で
ある。図１３〜図１５に、光周波数弁別器１３を使用し
た波長保持回路の構成を示す。図１３および図１４に示
される波長保持回路は、図５に示される原理のもとで構
成される。図１５に示される波長保持回路は、図３に示
される原理のもとで構成される。図１３〜図１５に示さ
れる各構成においては、フォトダイオード２から光弁別
素子３の透過光強度が出力される。また、フォトダイオ
ード１４から光弁別素子３の反射光強度が出力される。
そして、加算器１５により、透過光強度と反射光強度と
を加算することにより、入力強度信号を得ることができ
る。このようにしても上記と同様の効果を得ることが可
能になる。

【００９１】以上説明したように、使用する光分岐器４
の挿入損などのデバイスの特性だけでなく、波長可変光
源１２のトラッキングエラーや発振波長を変えることに
よる光出力強度の変動に対して生じる、光周波数弁別器
５，１３への入力光強度の変動を、低コストに解決する
ことが可能になる。

【００９２】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば上記各実施形態ではフォトダイ
オード１，２，１４に対する電流電圧変換に、ハイイン
ピーダンス型の電流電圧変換器を用いるようにした。こ
れに代えて、図１６に示されるようなトランスインピー
ダンス型での電流電圧変換でも同様の効果を得ることが
できる。

【００９３】また上記各実施形態では、光周波数弁別器
を別パッケージに納め、半導体レーザの出力の一部を取
り出して光周波数弁別器に入力するようにした構成を示
した。このような構成は現状の素子形成技術に適してお
り、一般的であるが、これに代えて、光周波数弁別器を
半導体レーザと同一のパッケージに納めるようにすれ
ば、回路の小型化の点で有利である。このような構成で
は、半導体レーザのバックから出力される光を分岐し、
一方をＡＰＣ用に、他方を光周波数弁別器に入力して、
光周波数に応じた光強度から光波長の変化を検知するよ
うにする。

【００９４】このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変形実施を行うことができる。

【００９５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
弁別素子への入力光強度の変動が誤差信号に影響しない
ようにできるので、入力光強度によらず波長可変光源の
発振波長を安定させることが可能になる。また、割り算
器を必要としないことから低コスト化を図ることが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる波長保持回路の第１の実施形
態における基本構成を示す回路ブロック図。

【図２】 本発明にかかる波長保持回路の第２の実施形
態における基本構成を示す回路ブロック図。

【図３】 本発明にかかる波長保持回路の第３の実施形
態における基本構成を示す回路ブロック図。

【図４】 光周波数弁別器１３の構成を示す回路図。

【図５】 本発明にかかる波長保持回路の第４の実施形
態における基本構成を示す回路ブロック図。

【図６】 本発明にかかる波長保持回路の第５の実施形
態を示す回路ブロック図。

【図７】 図６に示されるサーミスタ回路の構成を示す
図。

【図８】 本発明にかかる波長保持回路の第６の実施形
態を示す回路ブロック図。

【図９】 図８に示されるサーミスタ回路の構成を示す
図。

【図１０】 本発明にかかる波長保持回路の第７の実施
形態を示す回路ブロック図。

【図１１】 図１０に示される温度センサを用いた温度
補償信号生成回路の構成を示す図。

【図１２】 本発明にかかる波長保持回路の第８の実施
形態を示す回路ブロック図。

【図１３】 本発明にかかる波長保持回路のその他の実
施形態を示す回路ブロック図。

【図１４】 本発明にかかる波長保持回路のその他の実
施形態を示す回路ブロック図。

【図１５】 本発明にかかる波長保持回路のその他の実
施形態を示す回路ブロック図。

【図１６】 電流電圧変換回路の他の構成例を示す図。

【図１７】 光弁別素子の光透過率および光反射率を波
長に対してプロットしたグラフ。

【図１８】 光周波数弁別器５の構成を示す回路図。

【図１９】 光周波数弁別器の温度変化、および光周波
数弁別器に入力される半導体レーザの出力光の強度変化
により光弁別素子の特性が変化することについて説明す
るために用いた図。

【図２０】 従来の補償回路を備えた光周波数弁別器の
構成を示す回路図。

【符号の説明】

１，２…フォトダイオード ３…光弁別素子 ４…光分岐器 ５…光周波数弁別器 ６…温度補償信号生成部 ７…波長設定部 ８…加算器 ９…乗算器 １０…減算器 １１…誤差増幅器 １２…波長可変光源 １３…光周波数弁別器 １４…フォトダイオード １５…加算器 １６…サーミスタ １７，１８…抵抗素子 １９…バッファアンプ ２０…差動増幅器 ２１，２２…抵抗素子 ２３…温度センサ ２４…加算器 ２５…可変利得増幅器 ２７…分圧器 ２８…加算器 ２９…参照信号発生器 ３２…割り算器 ３３…光透過率 ３４…光反射率特性 ４１…電流ミラー回路 １０１…加減算器

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｂ 10/28 Ｆターム(参考） 5F073 AB21 AB25 GA12 GA14 GA18 GA38 5K002 AA05 BA13 CA11 DA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源の出力光の一部がフィードバック入
   力され、変化し得る周波数特性のもとで前記フィードバ
   ック光を透過させる光弁別素子を有し、当該フィードバ
   ック光の強度を反映した入力強度信号と、前記光弁別素
   子の透過光強度を反映した透過強度信号とを出力する光
   周波数弁別手段と、 前記光弁別素子の温度による周波数特性の変化を補償す
   るための温度補償信号を生成する温度補償信号生成手段
   と、 前記光源の出力光波長を設定するための波長設定信号を
   生成する波長設定信号生成手段と、 前記温度補償信号と前記波長設定信号との加算結果に相
   当する加算信号を生成する加算信号生成手段と、 前記加算信号と前記入力強度信号との乗算結果に相当す
   る乗算信号を生成する乗算信号生成手段と、 この乗算信号と前記透過強度信号との差から得られる誤
   差信号を生成して、この誤差信号を前記光源に与えて当
   該光源の出力光の波長を一定に保持させる誤差信号生成
   手段とを具備することを特徴とする波長保持回路。
2. 【請求項２】 光源の出力光の一部がフィードバック入
   力され、変化し得る周波数特性のもとで前記フィードバ
   ック光を透過させる光弁別素子を有し、当該フィードバ
   ック光の強度を反映した入力強度信号と、前記光弁別素
   子の透過光強度を反映した透過強度信号とを出力する光
   周波数弁別手段と、 前記光弁別素子の温度による周波数特性の変化を補償す
   るための温度補償信号を生成し、この温度補償信号と前
   記入力強度信号との乗算結果に相当する乗算信号を生成
   する乗算信号生成手段と、 前記入力強度信号に比例する信号であって、前記光源の
   出力光波長を設定するための波長設定信号を生成する波
   長設定信号生成手段と、 前記乗算信号および前記波長設定信号の和と前記透過強
   度信号との差から得られる誤差信号を生成して、この誤
   差信号を前記光源に与えて当該光源の出力光の波長を一
   定に保持させる誤差信号生成手段とを具備することを特
   徴とする波長保持回路。
3. 【請求項３】 前記光周波数弁別手段は、 前記光弁別素子に照射される前の前記フィードバック光
   の一部を分岐出力する光分岐器と、 この光分岐器からの分岐光を光／電変換して前記入力強
   度信号を生成する第１光／電気変換器と、 前記光分岐器を介して前記光弁別素子を透過した光を光
   ／電変換して前記透過強度信号を生成する第２光／電気
   変換器とを備えることを特徴とする請求項１または２に
   記載の波長保持回路。
4. 【請求項４】 前記光周波数弁別手段は、 前記光弁別素子の反射光を光／電変換して反射強度信号
   を生成する第１光／電気変換器と、 前記光弁別素子の透過光を光／電変換して前記透過強度
   信号を生成する第２光／電気変換器と、 前記反射強度信号と前記透過強度信号とを加算して前記
   入力強度信号を生成する入力強度信号生成手段とを備え
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の波長保持
   回路。
5. 【請求項５】 前記温度補償信号生成手段は、前記光弁
   別素子の温度に応じた電圧を発生する温度センサである
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長保持回路。
6. 【請求項６】 前記波長設定信号生成手段は、設定すべ
   き波長に応じた一定の電圧を発生する定電圧源であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の波長保持回路。
7. 【請求項７】 前記波長設定信号生成手段は、 前記入力強度信号を電圧信号に変換する抵抗素子と、 この抵抗素子で発生される電圧信号を、前記光源の設定
   すべき波長に応じた分圧比で分圧する分圧器とを備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の波長保持回路。
8. 【請求項８】 前記乗算信号生成手段は、 前記光弁別素子の温度に応じて抵抗値が変化するサーミ
   スタを有し、前記入力強度信号を前記サーミスタの抵抗
   値に応じた電圧に変換するサーミスタ回路と、 前記入力強度信号と等価な電流を発生させる電流ミラー
   回路と、 この電流ミラー回路で発生される電流を電圧に変換する
   抵抗素子と、 この抵抗素子で発生される電圧信号を、前記光源の設定
   すべき波長に応じた分圧比で分圧する分圧器と、 前記サーミスタ回路の出力電圧と前記分圧器で分圧され
   た電圧とを加算する加算器と、 この加算器の出力を所定の利得で増幅して前記乗算信号
   を生成する可変利得増幅器とを備えることを特徴とする
   請求項２に記載の波長保持回路。
9. 【請求項９】 前記乗算信号生成手段は、 前記光弁別素子の温度に応じて抵抗値が変化するサーミ
   スタを有し、前記入力強度信号を前記サーミスタの抵抗
   値に応じた電圧に変換するサーミスタ回路と、 このサーミスタ回路の出力電圧を所定の利得で増幅する
   可変利得増幅器と、 この可変利得増幅器の出力と前記波長設定信号とを加算
   して前記乗算信号を生成する加算器とを備えることを特
   徴とする請求項２に記載の波長保持回路。
10. 【請求項１０】 前記乗算信号生成手段は、 前記光弁別素子の温度に応じた電圧を発生する温度セン
    サと、 この温度センサの出力を前記入力強度信号に基づき所定
    の利得で増幅する可変利得増幅器と、 この可変利得増幅器の出力電圧と前記波長設定信号とを
    加算して前記乗算信号を生成する加算器とを備えること
    を特徴とする請求項２に記載の波長保持回路。