JP2003258373A - 波長制御装置及び波長制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な光部品を新たに追加することなく、光
波長のモニタ及び制御を実現する。 【解決手段】 半導体レーザ１１を正弦波信号で変調
し、その出力光を強度変調部１７において逆極性の正弦
波信号で強度変調することにより、波長が正弦波で変調
された光信号を得る。波長分離部２２の透過中心波長と
光信号の中心波長がずれていると、透過率の傾きにより
波長の変調成分が正弦波信号と同じ周波数の強度変調に
変換される。この強度変調成分の振幅を検出し、これが
０となるように光信号の中心波長を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波長制御装置に関
し、より特定的には、波長多重光通信システムにおい
て、光源である半導体レーザの波長を制御するために用
いる波長制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大容量データ通信の需要の増大に
対応するために、高密度波長多重光通信システム（以
下、ＤＷＤＭシステムと称する）の普及が急速に進んで
いる。

【０００３】図１４に一般的なＤＷＤＭシステムの構成
図を示す。このＤＷＤＭシステムは、半導体レーザ５１
１〜５１Ｎと、強度変調部５２１〜５２Ｎと、波長多重
部５３と、光ファイバ５４と、波長分離部５５と、光電
気変換部５６１〜５６Ｎとを備える。ＤＷＤＭシステム
においては、多数の信号光の波長を１ｎｍ以下の狭い間
隔で並べて伝送するため、各光信号を分離・抽出するた
めの波長分離部５５の透過特性は所望波長帯域外では急
峻に減衰することが求められる。このため信号光の波長
が波長分離部５５の透過中心波長からわずかでもずれた
場合、過剰な損失が発生する。したがって半導体レーザ
５１１〜５１Ｎから出力される光の波長は高精度に制御
されている必要がある。

【０００４】従来、光波長を制御するために様々な方法
が提案されてきたが、その大部分は、高価な光部品から
構成され、波長変動を電気的な信号レベルに変換・検出
する波長モニタ装置（一般に波長ロッカーと呼ばれる）
を用いている。その一例として特開平１１−３１８５９
に開示されている装置について説明する。

【０００５】図１５に、この従来の波長制御装置のブロ
ック図を示す。この従来の波長制御装置は、半導体レー
ザ６１と、カットフィルタ６２と、ビームスプリッタ６
３と、光バンドパスフィルタ６４と、フォトダイオード
６５，６６と、出力比算出部６７と、波長制御部６８と
を備える。半導体レーザ６１から出力された光は、まず
図１６（ａ）に示す透過特性を有するカットフィルタ６
２を透過し、ビームスプリッタ６３に入射する。ビーム
スプリッタ６３は入射光の一部を透過し、残りを反射す
る。ビームスプリッタ６３の透過光は信号伝送に用いら
れ、反射光は以下に説明する波長モニタ用に用いられ
る。ビームスプリッタ６３から反射された光はまず図１
６（ｂ）に示す透過特性を有する光バンドパスフィルタ
６４に入射する。光バンドパスフィルタ６４の透過光は
フォトダイオード６５に入射され、反射光はフォトダイ
オード６６に入射される。フォトダイオード６５の受光
レベルの波長依存性は、カットフィルタ６２の透過率と
光バンドパスフィルタ６４の透過率の積で与えられ、図
１６（ｄ）のようになる。一方、フォトダイオード６６
の受光レベルの波長依存性は、カットフィルタ６２の透
過率と光バンドパスフィルタ６４の反射率の積で与えら
れ、図１６（ｅ）のようになる。フォトダイオード６
５，６６の出力は出力比算出部６７に入力される。ここ
で、フォトダイオード６５からの出力レベルをＡ、フォ
トダイオード６６からの出力レベルをＢとする。出力比
算出部６７は、出力比（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を算出
し、波長モニタ信号として出力する（図１６（ｆ）参
照）。波長制御部６８は波長モニタ信号が所定値Ｘとな
るようにレーザ光源の発光波長を制御する。この所定値
Ｘを波長分離部５５の透過中心波長λ₂に対応した値に
設定することにより、レーザの発光波長を適切に制御す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来の波
長制御装置では、送信部側において光バンドパスフィル
タやフォトダイオード等の専用の光部品を付加すること
により波長モニタ機能を実現している。しかしながらこ
れらの光部品は一般に高価であるため、送信部のコスト
が大幅に上昇するという課題があった。

【０００７】それゆえに本発明は、低コストで波長モニ
タ機能を実現できる波長制御装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
ような目的を達成するために、本発明は、以下に示すよ
うな特徴を有している。第１の発明の波長制御装置は、
光信号の波長を制御するものであって、所定波長の光を
出力する半導体レーザと、入力される制御信号に応じて
半導体レーザの波長を制御する波長制御部と、周期性を
有する周期信号を発生する周期信号源と、周期信号と所
定のバイアス値を重畳した電流信号で半導体レーザを駆
動する電流源と、周期信号の極性を反転させる極性反転
部と、極性反転部から出力された信号とデータとを多重
する多重部と、多重部から出力された信号により半導体
レーザから出力される光を強度変調する強度変調部と、
強度変調部から出力される光信号を波長に応じた透過率
で透過する光フィルタ手段と、光フィルタ手段を透過し
た光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、光電気
変換部より出力される電気信号から周期信号を抽出し、
この抽出された周期信号に基づく制御信号を波長制御部
に送る制御信号検出部とを備える。

【０００９】第１の発明によれば、波長制御用に高価な
光部品を追加する必要が無いため、従来の波長制御装置
と比較して低コスト化が可能である。

【００１０】第２の発明の波長制御装置は、第１の発明
の波長制御装置において、周期信号が正弦波信号である
ことを特徴とする。

【００１１】第３の発明の波長制御装置は、第２の発明
の波長制御装置において、半導体レーザで変調される正
弦波信号の強度変調成分の振幅と、強度変調部で変調さ
れる正弦波信号の強度変調成分の振幅とが同じ大きさに
設定されることを特徴とする

【００１２】第４の発明の波長制御装置は、第３の発明
の波長制御装置において、フィルタ手段が、波長多重さ
れた光信号を波長分離または抽出する波長分離部である
ことを特徴とする。

【００１３】第４の発明によれば、波長制御を行わない
波長多重システムに用いられる波長分離部を波長制御に
利用することで、波長モニタ用の光部品を追加すること
なく波長制御を実現できる。

【００１４】第５の発明の波長制御装置は、第３の発明
の波長制御装置において、半導体レーザと、波長制御部
と、周期信号源と、電流源と、極性反転部と、多重部
と、強度変調部と、制御信号検出部とをそれぞれ複数組
備え、フィルタ手段が、それぞれ所定の波長の光信号の
みを透過する複数の入力端子と１つの出力端子とを有
し、各入力端子より入力される、複数の強度変調部から
出力された互いに波長の異なる光信号を波長多重して出
力端子から出力する波長多重部であり、複数の正弦波信
号源が出力する正弦波信号の周波数は互いに異なり、複
数の制御信号検出部は、それぞれ対応する周期信号源か
ら出力される正弦波信号のみを抽出することを特徴とす
る。

【００１５】第５の発明によれば、波長制御に必要な部
品を全て送信側に集中的に設置することが可能であるた
め、メンテナンスが容易となる。

【００１６】第６の発明の波長制御装置は、第３の発明
の波長制御装置において、制御信号検出部は、正弦波信
号の振幅を検出する振幅検出部と、正弦波信号の位相を
検出する位相検出部とを含み、制御信号検出部は、振幅
検出部によって検出された振幅と位相検出部によって検
出された位相とを制御信号として出力し、波長制御部
は、位相に応じて半導体レーザの出力波長の制御方向を
決定し、振幅が０となるように波長の制御量を決定する
ことを特徴とする。

【００１７】第６の発明によれば、高価な光部品を追加
することなく、制御方向の検出が可能である。

【００１８】第７の発明の波長制御装置は、第３の発明
の波長制御装置において、周期信号源から出力される正
弦波信号を分周してパイロット信号を出力するパイロッ
ト信号源をさらに備え、多重部は、極性反転部から出力
された信号およびデータに加えてパイロット信号を多重
し、制御信号検出部は、光電気変換部から出力された電
気信号から正弦波信号を抽出する第１のバンドパスフィ
ルタと、電気信号からパイロット信号を抽出する第２の
バンドパスフィルタと、第２のバンドパスフィルタから
出力されたパイロット信号を逓倍する周波数逓倍部と、
第１のバンドパスフィルタから出力された正弦波信号と
周波数逓倍部から出力されたパイロット信号とを乗算す
る乗算部と、乗算部から出力された信号の直流レベルを
抽出し、制御信号として出力するローパスフィルタとを
含み、波長制御部は、ローパスフィルタから出力される
直流レベルが０となるように半導体レーザの波長を制御
することを特徴とする。

【００１９】第７の発明によれば、制御信号としてフィ
ードバックする信号は１種類だけでよいという利点を有
する。

【００２０】第８の発明の波長制御装置は、第２の発明
の波長制御装置において、半導体レーザで変調される正
弦波信号の強度変調成分の振幅と、強度変調部で変調さ
れる正弦波信号の強度変調成分の振幅とが異なる大きさ
に設定され、制御信号検出部で検出される正弦波信号の
振幅が所定値となるように半導体レーザの出力波長を制
御することを特徴とする。

【００２１】第８の発明によれば、制御信号としてフィ
ードバックする信号は１種類だけでよい。さらに制御信
号として振幅のみを検出すればよいため、構成を簡素化
できるという利点を有する。

【００２２】第９の発明の波長制御装置は、第１の発明
の波長制御装置において、波長制御部は、半導体レーザ
の温度を制御することを特徴とする。

【００２３】第９の発明によれば、発振波長が温度に依
存する半導体レーザの波長制御が可能である。

【００２４】第１０の発明の波長制御方法は、光信号の
波長を制御するものであって、所定の周波数の正弦波信
号によって光信号の波長を変調し、変調された光信号を
光フィルタで抽出し、抽出された光信号を光電気変換
し、光電気変換された信号から正弦波信号を抽出し、抽
出された正弦波信号の振幅及び位相が所定値となるよう
に光信号の中心波長を制御する。

【００２５】第１０の発明によれば、波長制御用に高価
な光部品を追加する必要が無いため、従来の波長制御方
式と比較して低コスト化が可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の種々の実施形態
について図面を参照しながら説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る波長制御装置の構成を示すブロック図である。この波
長制御装置は、送信部１１０１〜１１０Ｎと、波長多重
部２０と、光ファイバ２１と、波長分離部２２と、受信
部１３０１〜１３０Ｎとを備える。送信部１１０１は、
半導体レーザ１１と、波長制御部１２と、正弦波信号源
１３と、電流源１４と、極性反転部１５と、多重部１６
と、強度変調部１７とをそれぞれ含む。受信部１３０１
は、光電気変換部３１と、制御信号検出部３２とをそれ
ぞれ含む。

【００２７】次に、本実施形態の各部の機能について、
図１を参照しながら説明する。半導体レーザ１１は光を
出力する。波長制御部１２は、入力される制御信号に従
って、半導体レーザ１１から出力される光信号の中心波
長λ₀を制御する。正弦波信号源１３は正弦波信号を出
力する。電流源１４は、正弦波信号源１３から出力され
る正弦波信号と所定のバイアス値とを重畳した電流を半
導体レーザ１１に供給する。極性反転部１５は、正弦波
信号源１３から出力される正弦波信号の極性を反転させ
る。なお極性反転部１５として、位相を１８０°反転さ
せる位相シフタを用いても構わない。多重部１６は、極
性反転部１５で極性反転された正弦波信号とデータとを
多重する。強度変調部１７は、多重部１６から出力され
る信号によって、半導体レーザ１１から出力される光を
強度変調する。このとき、半導体レーザ１１と、強度変
調部１７のそれぞれにおける正弦波信号の強度変調成分
の振幅を一致させる。送信部１１０２〜１１０Ｎは送信
部１１０１と同様の構成・機能を有し、これら送信部１
１０１〜１１０Ｎは互いに異なる波長の光信号を出力す
る。

【００２８】波長多重部２０は、送信部１１０１〜１１
０Ｎから出力された光信号を波長多重する。波長多重部
２０から出力される波長多重光信号は光ファイバ２１を
介して波長分離部２２に入力される。波長分離部２２
は、波長多重光信号を波長チャンネルごとに分離し、受
信部１３０１〜１３０Ｎにそれぞれ出力する。

【００２９】光電気変換部３１は、波長分離部２２で波
長分離された光信号を電気信号に変換する。制御信号検
出部３２は、光電気変換部３１より出力された電気信号
から前述の正弦波信号を検出する。受信部１３０２〜１
３０Ｎは受信部１３０１と同様の構成・機能を有し、こ
れら受信部１３０１〜１３０Ｎには互いに異なる波長の
光信号が入力される。

【００３０】続いて、本発明の波長制御装置の基本原理
について説明する。図２（ａ）に示すような透過特性を
有する波長分離部を光信号が透過する場合を考える。こ
の光信号の波長がλ₀を中心として正弦波で変調されて
いる時、すなわち波長の時間変化が次式（１）で表され
る時、波長分離部の透過中心波長λ _cと光信号の中心波
長λ₀がずれていれば、光信号の波長変化が強度変化に
変換される。

【数１】 これは、以下のように説明できる。波長分離部の透過特
性は、波長λ₀を中心として次式（２）のように展開で
きる。

【数２】 よって、波長分離部に入力される前の光信号パワーをＰ
_inとすると、波長分離部透過後の光信号パワーＰ_outは
次式（３）のように求めることができる。

【数３】 上式（３）の第２項は、波長分離部透過後の光信号に波
長変化と同じ周波数の強度変調成分が存在し、その振幅
が波長分離部の透過率の１階微分成分に比例することを
示している。

【００３１】図２（ａ）に示した特性を持つ波長分離部
の透過率の１階微分成分を図２（ｂ）に示す。波長分離
部の透過特性が透過中心波長λ_cに対して対称な場合、
透過中心波長λ_cにおいて透過率の１階微分成分は０と
なる。したがって、あらかじめ光信号の波長を正弦波で
変調しておき、波長分離部透過後にこの正弦波と同じ周
波数の強度変調成分を検出し、この振幅が０となるよう
に光信号の中心波長λ ₀を制御すれば、光信号の中心波
長λ₀と波長分離部の透過中心波長λ_cを一致させること
ができる。

【００３２】次に、各ブロックにおける信号形態につい
て、図３〜図５を参照しながら説明する。正弦波信号源
１３から出力される信号波形が図３（ａ）で表される
時、半導体レーザ１１の出力光は図３（ｂ）のように強
度変調される。それと同時に半導体レーザ１１の出力光
波長も変調され、その時間変化は図４（ｂ）のようにな
る。ただし以下では、半導体レーザ１１へ注入される電
流量の増加に伴い波長が長波側に変化し、かつ強度変調
成分と波長の変調成分との間には位相差が無いものと仮
定する。

【００３３】一方、極性反転部１５から出力される信号
の波形は図３（ｃ）に示すように図３（ａ）の波形を反
転したものとなり、図３（ｄ）に示す本来伝送すべきデ
ータと多重されることにより、強度変調部１７に入力さ
れる信号の波形は図３（ｅ）のようになる。この信号を
用いて半導体レーザ１１からの出力光を変調すると、正
弦波信号による強度変調成分がキャンセルされ、図３
（ｆ）に示すように、データによる強度変調成分のみが
残る。一方、波長情報に関しては、強度変調部１７では
影響を受けないため、図４（ｆ）に示すように、半導体
レーザ１１で与えられた波長変化がそのまま残る。以上
の手順により、波長が正弦波で変調された光信号が得ら
れる。

【００３４】波長分離部２２の透過特性は、図２を用い
て説明した光フィルタと同じ特性を有し、光信号の中心
波長λ₀と波長分離部２２の透過中心波長λ_cがずれた場
合、正弦波信号と同じ周波数を持ち、振幅が透過率の１
階微分成分に比例する強度変調成分（以下、透過率微分
信号と称する）が発生する。なお、正弦波信号とデータ
の周波数配置は、図５に示すように正弦波信号の周波数
を充分低域（または高域）に設定すれば、受信側でフィ
ルタ（図１には図示せず）を用いて除去することがで
き、受信データに影響しないようにできる。

【００３５】制御信号検出部３２は、図６に示すよう
に、透過率微分信号の振幅を検出する振幅検出部３３
と、透過率微分信号の位相を検出する位相検出部３４と
を有する。ここで、透過率微分信号の符号が正の時は位
相が同相、符号が負の時は逆相であると定義する。この
とき、ｄＴ／ｄλと、透過率微分信号の振幅及び位相
と、光信号の中心波長λ₀との間には図７に示す関係が
成り立つ。制御信号検出部３２で検出された透過率微分
信号の振幅及び位相の情報を制御信号として波長制御部
１２に送り、波長制御部１２において透過率微分信号の
振幅が０となるように半導体レーザ１１の出力光の波長
を制御することで、光信号の中心波長λ₀を波長分離部
２２の中心波長λ_cに一致させることができる。その
際、波長の制御方向は、透過率微分信号の位相情報から
決定する。すなわち、位相が同相であれば波長を長波側
に変化させ、位相が逆相であれば短波側に変化させる。
なお、半導体レーザ１１への注入電流の増加に対して波
長が短波側に変化する場合については制御の方向を逆に
する。すなわち位相が同相であれば波長を短波側に変化
させ、位相が逆相であれば長波側に変化させる。

【００３６】波長制御は、一般的な半導体レーザについ
ては温度を制御することにより行うことができる。な
お、半導体レーザの中には温度制御以外の方法により波
長を制御できるものが存在するが、このようなレーザに
ついてはそれぞれに適した方法で波長を制御しても構わ
ない。

【００３７】また、図８に示すように、波長分離部２２
の代わりに、受信部１３００が波長多重光信号から所望
波長の光信号のみを抽出する波長選択部３５を含むよう
な構成であっても、以上で述べた議論はそのまま成り立
つ。

【００３８】本実施形態においては、波長制御を行わな
い送受信部と比較して追加しなければならないブロック
は、波長制御部１２、正弦波信号源１３、極性反転部１
５、多重部１６、および制御信号検出部３２であり、い
ずれも安価な電気部品により構成することが可能であ
る。このため、光部品である波長ロッカーを使用する従
来の波長制御装置と比較して、本実施形態は低コスト化
が可能である。また、波長分離部２２（または波長選択
部３５）の透過中心波長と光信号の中心波長が一致する
ように制御するため、温度特性等の理由で波長分離部２
２（または波長選択部３５）の透過中心波長が初期状態
からずれた場合でも、過剰な光損失が発生しないように
制御することができる。

【００３９】以上のように本実施形態によれば、高価な
光部品を追加する必要が無く、低コストな波長制御装置
を実現することができる。

【００４０】（第２の実施形態）図９は、本発明の第２
の実施形態に係る波長制御装置の構成を示すブロック図
である。この波長制御装置は、送信部２１０１〜２１０
Ｎと、波長多重部２３と、光電気変換部３１とを備え
る。送信部２１０１は、半導体レーザ１１と、波長制御
部１２と、正弦波信号源１３と、電流源１４と、極性反
転部１５と、多重部１６と、強度変調部１７と、制御信
号検出部３２とを含む。なお図９において、図１と同一
の構成には同一の参照符号を付し、詳しい説明を省略す
る。

【００４１】次に、本実施形態の各部の機能について、
図９を参照しながら説明する。半導体レーザ１１、波長
制御部１２、電流源１４、極性反転部１５、多重部１
６、および強度変調部１７の機能は、第１の実施形態と
同様である。正弦波信号源１３は、第１の実施形態と同
様に正弦波信号を出力するが、その周波数は、送信部２
１０１〜２１０Ｎに割り当てられた固有の周波数とす
る。すなわち、図１０に示すように、送信部ごとに互い
に異なる周波数とする。いずれの周波数も、第１の実施
形態と同様、正弦波信号の周波数を充分低域（または高
域）に設定し、受信データに影響しないようにする。

【００４２】波長多重部２３は、強度変調部１７から出
力された光信号を、波長の異なる他の光信号と波長多重
する。かつ、波長多重部２３の各入力ポートは、それぞ
れ対応する送信部から出力される光信号の波長近傍のみ
を透過する光フィルタとしての機能も有する。この様な
波長多重部２３の機能は、一般にアレイ導波路格子光フ
ィルタ（ＡＷＧ）を用いて実現することができる。

【００４３】光電気変換部３１は、波長多重部２３から
出力された光信号の一部を電気信号に変換する。制御信
号検出部３２は、第１の実施形態と異なり送信部２１０
１内に設置され、光電気変換部３１から出力された電気
信号から、送信部２１０１に割り当てられた周波数の正
弦波信号（透過率微分信号）を抽出し、その振幅及び位
相の情報を制御信号として波長制御部１２に送る。送信
部２１０２〜２１０Ｎも、それぞれに割り当てられた周
波数の正弦波信号を抽出する制御信号検出部（図示せ
ず）を備える。

【００４４】本実施形態における波長制御の方法及び信
号形態は、図１０を用いて説明した正弦波信号の周波数
配置を除き第１の実施形態と同様である。

【００４５】本実施形態は、第１の実施形態と同様の利
点に加え、波長制御に必要な部品を全て送信側に集中的
に設置することが可能であるため、メンテナンスが容易
であるという利点を有する。

【００４６】（第３の実施形態）図１１は、本発明の第
３の実施形態に係る波長制御装置の構成を示すブロック
図である。この波長制御装置は、送信部３１０１〜３１
０Ｎと、波長多重部２０と、光ファイバ２１と、波長分
離部２２と、受信部３３０１〜３３０Ｎとを備える。送
信部３１０１は、半導体レーザ１１と、波長制御部１２
と、正弦波信号源１３と、電流源１４と、極性反転部１
５と、多重部１６と、強度変調部１７と、パイロット信
号源１８とを含む。受信部３３０１は、光電気変換部３
１と、制御信号検出部４０とを含む。なお図１１におい
て、図１と同一の構成には同一の参照符号を付し、詳し
い説明を省略する。

【００４７】図１２は受信部３３０１の構成を示すブロ
ック図である。制御信号検出部４０は、第１のバンドパ
スフィルタ４１と、第２のバンドパスフィルタ４２と、
周波数逓倍部４３と、乗算部４４と、ローパスフィルタ
４５とを有する。

【００４８】次に、本実施形態の各部の機能について、
図１１及び図１２を参照しながら説明する。半導体レー
ザ１１、正弦波信号源１３、電流源１４、および極性反
転部１５の機能及び出力信号形態は第１の実施形態と同
様である。パイロット信号源１８は、正弦波信号源１３
から出力される正弦波信号の周波数の整数分の１の周波
数を有し、正弦波信号に位相が同期したパイロット信号
を出力する。多重部１６は、極性反転された正弦波信号
とデータとに加え、パイロット信号を多重する。強度変
調部１７は、多重部１６から出力される信号によって、
半導体レーザ１１から出力される光を強度変調する。強
度変調部１７から出力される光信号は、正弦波信号によ
る強度変調成分がキャンセルされるため、データとパイ
ロット信号が重畳した信号によって強度変調された信号
となる。一方、波長は第１の実施形態と同様に、正弦波
信号によって変調される。

【００４９】波長分離部２２の透過中心波長λ_cと光信
号の中心波長λ₀とにずれが生じた場合、第１の実施形
態と同様に波長変化が強度変化に変換され、正弦波信号
と同じ周波数を有する透過率微分信号が発生する。第１
のバンドパスフィルタ４１は、光電気変換部３１より出
力される電気信号から透過率微分信号を抽出する。第２
のバンドパスフィルタ４２は、光電気変換部３１より出
力される電気信号からパイロット信号を抽出する。周波
数逓倍部４３は、パイロット信号を逓倍し、透過率微分
信号と同じ周波数に変換する。乗算部４４は、第１のバ
ンドパスフィルタ４１から出力された透過率微分信号
と、周波数逓倍部４３から出力されたパイロット信号と
を乗算する。ローパスフィルタ４５は、乗算部４４から
出力された信号より直流成分を抽出する。この直流成分
が制御信号として波長制御部１２にフィードバックされ
る。

【００５０】パイロット信号は送信側において正弦波信
号と同期させて出力されるため、透過率微分信号の符号
が正の時（光信号中心波長λ₀が透過率中心波長λ_cより
短波側の場合）はパイロット信号と透過率微分信号は同
相となり、制御信号は正となる（図１３参照）。一方、
透過率微分信号の符号が負の時（光信号中心波長λ₀が
透過率中心波長λ_cより長波側の場合）はパイロット信
号と透過率微分信号は逆相となり、制御信号は負とな
る。したがって、制御信号が正の場合は光信号の波長を
長波側に変化させ、制御信号が負の場合は光信号の波長
を短波側に変化させるように制御すれば、光信号の中心
波長λ₀と波長分離部の透過中心波長λ_cを一致させるこ
とができる。以上の制御は半導体レーザ１１への注入電
流の増加に対して波長が長波側に変化する場合を仮定し
ており、電流増加に対して波長が短波側に変化する場合
は逆方向の制御を加える。

【００５１】なお、本実施形態においても第１の実施形
態と同様、波長分離部２２の代わりに、波長多重光信号
から所望波長の光信号のみを抽出する波長選択部３５を
用いる構成であっても、以上で述べた議論はそのまま成
り立つ。また、第２の実施形態と同様、図９に示した波
長多重部２３の特性を利用し、送信側に制御信号検出部
３２を備える構成としてもよい。

【００５２】本実施形態は第１の実施形態と同様の効果
に加え、透過率微分信号の振幅及び位相をフィードバッ
クする必要のある第１の実施形態と異なり、制御信号と
してフィードバックする信号は１種類だけでよいという
利点を有する。

【００５３】（第４の実施形態）本実施形態の構成・機
能は第１の実施形態において説明したものと同様であ
り、信号形態のみが異なる。したがって各構成には図１
の構成に付した参照符号と同一の参照符号を付して説明
する。

【００５４】以下に、本実施形態における信号形態につ
いて、図１４を参照しながら説明する。半導体レーザ１
１の出力光は、第１の実施形態と同様、図１４（ｂ）に
示すように正弦波信号により強度変調され、同時に波長
も変調される。半導体レーザ１１における光変調度をｍ
₁とする。極性反転部１５および多重部１６からそれぞ
れ出力される波形は第１の実施形態と同様である。強度
変調部１７においては、多重部１６から出力される信号
によって半導体レーザ１１から出力される信号を変調す
るが、ここでの正弦波信号の光変調度をｍ₂とし、ｍ₁と
ｍ₂が異なる大きさとなるように設定する。これによ
り、強度変調部１７から出力される光信号の強度には、
第１の実施形態と異なり正弦波信号成分が一部残る。一
方、波長変化は、半導体レーザ１１で与えられたものが
そのまま残る。

【００５５】光信号の中心波長λ₀と波長分離部２２の
透過中心波長λ_cがずれた場合、第１の実施形態と同様
に、正弦波信号と同じ周波数を持ち、振幅が透過率の１
階微分成分に比例する強度変調成分（透過率微分信号）
が発生する。一方、送信部１１０１から出力される時に
最初から存在した正弦波信号による強度変調成分は、波
長分離部２２を透過する際にその透過率に比例して減衰
する。その結果、受信側の制御信号検出部３２において
正弦波信号と同じ周波数成分を抽出すると、透過率に比
例した信号に、透過率微分信号を加算した信号が得られ
る。

【００５６】図１５に、制御信号検出部３２で検出され
る正弦波信号成分の振幅と光波長との関係を示す。光信
号中心波長λ₀と透過中心波長λ_cが一致した時の振幅を
Ｘとすると、図１６に示すように、光信号波長λ₀が長
波側にずれた時の振幅はＸより小さくなり、短波側にず
れた時の振幅はＸより大きくなる。よって、この振幅を
制御信号として波長制御部１２にフィードバックし、振
幅がＸより小さい時は波長を短波側に変化させ、大きい
時は長波側に変化させる制御を加えることにより、光信
号の中心波長λ₀を波長分離部２２の中心波長λ_cに一致
させることができる。以上の制御は半導体レーザ１１へ
の注入電流の増加に対して波長が長波側に変化する場合
を仮定しており、電流増加に対して波長が短波側に変化
する場合は逆方向の制御を加える。

【００５７】なお、本実施形態においても第１の実施形
態と同様、波長分離部２２の代わりに、波長多重光信号
から所望波長の光信号のみを抽出する波長選択部３５を
用いる構成であっても、以上で述べた議論はそのまま成
り立つ。また、第２の実施形態と同様、図９に示した波
長多重部２３の特性を利用し、送信側に制御信号検出部
３２を備える構成としてもよい。

【００５８】本実施形態は、第３の実施形態と同様に、
透過率微分信号の振幅及び位相をフィードバックする必
要のある第１の実施形態と異なり、制御信号としてフィ
ードバックする信号は１種類だけでよい。さらに制御信
号検出部３２では振幅のみを検出すればよいため、構成
を簡素化できるという利点を有する。

【００５９】なお、以上の第１〜第４の実施形態では、
正弦波信号源１３から出力される正弦波信号を用いると
したが、周期性を有する他の適宜な信号を正弦波信号の
代わりに用いても構わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る波長制御装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】波長分離部の透過特性と、波長分離部による波
長変化の強度変化への変換との関係を説明するための図
である。

【図３】本発明の第１の実施形態における各部の波形を
示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態における光信号波長の
時間変化を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態における信号の周波数
配置を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態における受信部の構成
を示すブロック図である。

【図７】本発明の第１の実施形態における光波長と透過
率微分信号との関係を示す図である。

【図８】本発明の第１の実施形態の変形例の構成を示す
ブロック図である。

【図９】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック
図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態における周波数配置
を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態における受信部の構
成を示すブロック図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態における光波長と制
御信号との関係を示す図である。

【図１４】本発明の第４の実施形態における各部の波形
を示す図である。

【図１５】本発明の第４の実施形態における光波長と制
御信号振幅の関係を示す図である。

【図１６】本発明の第４の実施形態における光波長と制
御信号との関係を示す図である。

【図１７】従来の一般的な波長多重光伝送システムの構
成を示すブロック図である。

【図１８】従来の波長制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図１９】従来の波長制御装置の各部の特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１…半導体レーザ １２…波長制御部 １３…正弦波信号源 １４…電流源 １５…極性反転部 １６…多重部 １７…強度変調部 １８…パイロット信号源 ２０，２３…波長多重部 ２１…光ファイバ ２２…波長分離部 ３１…光電気変換部 ３２，４０…制御信号検出部 ３３…振幅検出部 ３４…位相検出部 ３５…波長選択部 ４１…第１のバンドパスフィルタ ４２…第２のバンドパスフィルタ ４３…周波数逓倍部 ４４…乗算部 ４５…ローパスフィルタ １１０１〜１１０Ｎ，２１０１〜２１０Ｎ，３１０１〜
３１０Ｎ…送信部 １３００，１３０１〜１３０Ｎ，３３０１〜３３０Ｎ…
受信部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AB25 BA01 EA03 GA22 GA24 GA38 5K002 BA05 BA13 CA05 CA16 DA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号の波長を制御する波長制御装置で
   あって、 所定波長の光を出力する半導体レーザと、 入力される制御信号に応じて前記半導体レーザの波長を
   制御する波長制御部と、 周期性を有する周期信号を発生する周期信号源と、 前記周期信号と所定のバイアス値を重畳した電流信号で
   前記半導体レーザを駆動する電流源と、 前記周期信号の極性を反転させる極性反転部と、 前記極性反転部から出力された信号とデータとを多重す
   る多重部と、 前記多重部から出力された信号により前記半導体レーザ
   から出力される光を強度変調する強度変調部と、 前記強度変調部から出力される光信号を波長に応じた透
   過率で透過する光フィルタ手段と、 前記光フィルタ手段を透過した光信号を電気信号に変換
   する光電気変換部と、 前記光電気変換部より出力される電気信号から前記周期
   信号を抽出し、当該抽出された周期信号に基づく制御信
   号を前記波長制御部に送る制御信号検出部とを備える波
   長制御装置。
2. 【請求項２】 前記周期信号が正弦波信号であることを
   特徴とする、請求項１記載の波長制御装置。
3. 【請求項３】 前記半導体レーザで変調される正弦波信
   号の強度変調成分の振幅と、前記強度変調部で変調され
   る正弦波信号の強度変調成分の振幅とが同じ大きさに設
   定されることを特徴とする、請求項２記載の波長制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記フィルタ手段が、波長多重された光
   信号を波長分離または抽出する波長分離部であることを
   特徴とする、請求項３記載の波長制御装置。
5. 【請求項５】 前記半導体レーザと、前記波長制御部
   と、前記周期信号源と、前記電流源と、前記極性反転部
   と、前記多重部と、前記強度変調部と、前記制御信号検
   出部とをそれぞれ複数組備え、 前記フィルタ手段が、それぞれ所定の波長の光信号のみ
   を透過する複数の入力端子と１つの出力端子とを有し、
   各前記入力端子より入力される、前記複数の強度変調部
   から出力された互いに波長の異なる光信号を波長多重し
   て前記出力端子から出力する波長多重部であり、 前記複数の正弦波信号源が出力する正弦波信号の周波数
   は互いに異なり、 前記複数の制御信号検出部は、それぞれ対応する前記周
   期信号源から出力される正弦波信号のみを抽出すること
   を特徴とする、請求項３記載の波長制御装置。
6. 【請求項６】 前記制御信号検出部は、 前記正弦波信号の振幅を検出する振幅検出部と、 前記正弦波信号の位相を検出する位相検出部とを含み、 前記制御信号検出部は、前記振幅検出部によって検出さ
   れた振幅と前記位相検出部によって検出された位相とを
   前記制御信号として出力し、 前記波長制御部は、前記位相に応じて前記半導体レーザ
   の出力波長の制御方向を決定し、前記振幅が０となるよ
   うに波長の制御量を決定することを特徴とする、請求項
   ３記載の波長制御装置。
7. 【請求項７】 前記周期信号源から出力される正弦波信
   号を分周してパイロット信号を出力するパイロット信号
   源をさらに備え、 前記多重部は、前記極性反転部から出力された信号およ
   びデータに加えて前記パイロット信号を多重し、 前記制御信号検出部は、 前記光電気変換部から出力された電気信号から正弦波信
   号を抽出する第１のバンドパスフィルタと、 前記電気信号からパイロット信号を抽出する第２のバン
   ドパスフィルタと、 前記第２のバンドパスフィルタから出力されたパイロッ
   ト信号を逓倍する周波数逓倍部と、 前記第１のバンドパスフィルタから出力された正弦波信
   号と前記周波数逓倍部から出力されたパイロット信号と
   を乗算する乗算部と、 前記乗算部から出力された信号の直流レベルを抽出し、
   制御信号として出力するローパスフィルタとを含み、 前記波長制御部は、前記ローパスフィルタから出力され
   る直流レベルが０となるように前記半導体レーザの波長
   を制御することを特徴とする、請求項３記載の波長制御
   装置。
8. 【請求項８】 前記半導体レーザで変調される正弦波信
   号の強度変調成分の振幅と、前記強度変調部で変調され
   る正弦波信号の強度変調成分の振幅とが異なる大きさに
   設定され、 前記制御信号検出部で検出される正弦波信号の振幅が所
   定値となるように前記半導体レーザの出力波長を制御す
   ることを特徴とする、請求項２記載の波長制御装置。
9. 【請求項９】 前記波長制御部は、前記半導体レーザの
   温度を制御することを特徴とする、請求項１記載の波長
   制御装置。
10. 【請求項１０】 光信号の波長を制御する波長制御方法
    であって、 所定の周波数の正弦波信号によって光信号の波長を変調
    し、 変調された光信号を光フィルタで抽出し、 抽出された光信号を光電気変換し、 光電気変換された信号から前記正弦波信号を抽出し、 抽出された前記正弦波信号の振幅及び位相が所定値とな
    るように光信号の中心波長を制御する波長制御方法。