JP2004055974A

JP2004055974A - 波長安定化制御回路および波長安定化光源

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Publication number: JP2004055974A
Application number: JP2002213924A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugihara; 杉原　隆嗣; Katsuhiro Shimizu; 清水　克宏; Takashi Mizuochi; 水落　隆司; Akihiro Adachi; 足立　明宏
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】ＬＤの波長を安定化させる波長安定化制御回路を、制御精度および制御速度に優れ、簡易かつ安価に構成すること。
【解決手段】ＬＤ１０の波長を安定化させる波長安定化制御回路において、前記ＬＤ１０のＬＤ波長モニタ信号とＬＤパワーモニタ信号との差信号を出力する差動増幅器１１と、前記差信号の出力に基づき前記ＬＤ１０の出力波長を制御するＬＤ波長制御回路１２とを備え、前記ＬＤ波長制御回路１２が、前記ＬＤ１０の出力波長を前記差信号が零となるように制御する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光半導体素子の出力光の波長を安定化させる波長安定化制御回路および波長安定化光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超高密度光伝送システムにおいては、システムの長期安定動作を実現するために、使用する光源波長の安定化が必要不可欠である。例えば、１００ＧＨｚ間隔（０．０８ｎｍ間隔）に波長を並べる場合で５０〜１００ｐｍ、５０ＧＨｚ間隔（０．４ｎｍ間隔）に波長を並べる場合にはその半分以下（＜２０〜３０ｐｍ）の波長安定度が必要とされる。
【０００３】
光通信システムにおいては、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）が用いられることが多く、このＬＤの波長安定化技術の一つに、自動温度制御回路（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いたＬＤのチップ温度安定化の手法がある。この手法では、ＬＤのチップ温度を一定に保つことにより、温度とＬＤ駆動条件から決まる発振波長に波長が安定化される。
【０００４】
しかしながら、この手法では、あくまでもＬＤのチップ温度の一定制御であり、ＬＤ自体の劣化による波長変動などは制御に反映されない。この自動温度制御回路で波長安定化制御を実施した状態においても、長期間の連続運転中に僅かずつ波長シフトが生じる。長期間において波長を安定させるためには、別途波長モニタ手段を用い、波長モニタ信号に基づく制御を行うことで、ＬＤ自体の経時劣化の影響を受けない、波長の安定化動作を実現する必要がある。
【０００５】
例えば、特開平１０−２０９５４６号公報には、干渉光フィルタを用いた波長モニタとこの波長モニタを用いた波長制御手法が記述されている。図７は、この特開平１０−２０９５４６号公報に開示される波長制御手法を用いた制御回路（以下「従来回路」という。）を書き直したブロック図である。同図に示す従来回路では、ＬＤ１０の出力光の波長に依存して変化する波長モニタ信号（Ｓｗｍ）とＬＤ１０の出力光のパワーに応じて変化するパワーモニタ信号（Ｓｐｍ）の出力比を割り算器３１において算出し、得られる出力比の信号と基準波長設定電圧１４の基準電圧との誤差を、誤差検出器３２で検出した後、ＬＤ波長制御回路１２にて発振波長の制御を行う。
【０００６】
この従来回路において、光部品を含めた回路全体をフィードバック動作させることで波長安定化が実現できる。例えば、閉ループゲインを充分大きくすることで、概略基準電圧で決定される波長にＬＤの波長を安定化させることができる。いま、誤差検出器３２のゲインをＧとし、基準電圧をＶｒｅｆとすると、誤差検出器３２の出力は、
Ｇ×（Ｓｗｍ／Ｓｐｍ−Ｖｒｅｆ）＝Ｖｅｒｒ
Ｓｗｍ／Ｓｐｍ−Ｖｒｅｆ＝Ｖｅｒｒ／Ｇ　　　　　　　・・・（式１）
と表せる。
式１において、フィードバック系の閉ループゲインＧを十分大きくした場合（Ｇ→∞）には、（式１）の右辺は限りなく０に近づくので、結果的に、
Ｓｗｍ／Ｓｐｍ＝Ｖｒｅｆ　　　　　　　　　　　　　　・・・（式２）
となる。すなわち、波長が（式２）を満足する値で波長が安定する。
【０００７】
つぎに、図７に示す従来回路において、ＬＤの波長安定化動作に割り算器が必要な理由について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、ＬＤの波長に対する波長モニタ信号（Ｓｗｍ）の出力特性の概略を示すグラフであり、図８（ｂ）は、（ａ）の特性をパワーモニタ信号比（Ｓｐｍ）で規格化した出力特性の概略を示すグラフである。通常、波長モニタ信号は波長依存性を有する光フィルタ（特開平１０−２０９５４６号公報では干渉光フィルタ）の透過光出力もしくは反射光出力から得られる。光出力パワーを一定とした場合には、図８（ａ）に示すように波長変動が生じると、光フィルタの有する波長特性に応じて光フィルタの出力信号は概略単調増加もしくは概略単調減少する。
【０００８】
実際のシステムにおいては、光出力パワーは装置の調整段階／運用時等場合に応じて適宜調整され、終始一貫して一定の光パワーでの使用はありえない。フィルタ通過光出力のみをモニタした場合には、波長変動が生じた場合、光パワー自体が変動した場合のどちらにおいても、光フィルタ通過光出力の大きさが増減する。正確な波長安定化制御を行うためには、光出力パワーが変動しても正確に波長変動をモニタできる制御系が必要とされる。ところが、図８（ｂ）に示すように、パワーモニタ信号比（Ｓｐｍ）で規格化した特性は、パワーモニタ出力に依存しない特性を有している。そこで、従来は割り算器を用いて光パワーモニタ信号と波長モニタ信号の比をとり、その出力特性を利用して波長安定化制御を実現する手法が用いられていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に波長安定化制御回路を実現する上では、安価でかつ制御精度および制御速度に優れた回路が必要とされる。割り算器を使用した制御回路は基本的にディジタル制御にて実現するため、アナログ信号とディジタル信号の間の変換にＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器が必要であり、回路実現上の部品点数が増えるという欠点がある。さらに、使用するＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器での使用ビット数や変換速度によって制御精度および制御速度が制限されるという問題がある。加えて、ディジタル部品の制御用にＣＰＵ等付加的な部品が付随する場合には、さらに部品点数が増え信頼性上も不利になるという課題がある。これらの課題を解決するには、部品点数が少なく簡易な構成で、精度の高いアナログ制御回路を実現することが必要である。
【００１０】
この発明は上記に鑑みてなされたものであり、光半導体素子の波長を安定化させる波長安定化制御回路において、制御精度および制御速度に優れ、簡易かつ安価に構成できる波長安定化制御回路、および波長安定化光源を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる波長安定化制御回路は、光半導体素子の出力光の波長モニタ信号とパワーモニタ信号に基いて、波長を安定化させる波長安定化制御回路において、前記光半導体素子の波長モニタ信号とパワーモニタ信号との差信号を出力する差動増幅器と、前記差信号の出力に基づき前記光半導体素子の出力光の波長を制御する波長制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記光半導体素子のパワーモニタ信号に基づき前記光半導体素子の出力パワーを制御するパワー制御回路をさらに備え、前記パワー制御回路は、前記光半導体素子のパワーモニタ信号を用いて、前記光半導体素子の出力パワーを制御し、前記波長制御回路は、前記光半導体素子の出力波長を前記差動増幅器の差信号が零となるように制御してもよい。
【００１３】
また、基準波長設定電圧と前記差動増幅器が出力する前記差信号との加算信号を前記波長制御回路に出力する加算回路をさらに備え、前記波長制御回路は、前記基準波長設定電圧で決定される前記光半導体素子の出力波長を前記差動増幅器が出力する前記差信号が零となるよう制御してもよい。
【００１４】
また、前記光半導体素子の背面から出力され、波長弁別フィルタを介して受光した光に応じて前記波長モニタ信号を出力する第１の受光素子と、前記光半導体素子の背面から出力された光に応じて前記パワーモニタ信号を出力する第２の受光素子とを備えていてもよい。
【００１５】
また、前記光半導体素子の前面から出力され、波長弁別フィルタを介して受光した光に応じて前記波長モニタ信号を出力する第１の受光素子と、前記光半導体素子の背面から出力された光に応じて前記パワーモニタ信号を出力する第２の受光素子とを備えていてもよい。
【００１６】
また、前記波長制御回路は、前記差信号に基づいて前記光半導体素子の温度を制御し、前記パワー制御回路は、前記パワーモニタ信号に基づいて前記光半導体素子の駆動電流もしくは駆動電圧を制御してもよい。
【００１７】
また、前記波長制御回路における前記光半導体素子の出力波長制御の時定数が前記パワー制御回路における前記光半導体素子の出力パワー制御の時定数よりも大きくてもよい。
【００１８】
また、この発明にかかる波長安定化光源は、光半導体素子と、上記の発明による波長安定化制御回路とを備えていてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる波長安定化制御回路および波長安定化光源の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である波長安定化光源の基本的な構成を示すブロック図である。この波長安定化光源は、ＬＤ１０と波長安定化制御回路１００を備え、波長安定化制御回路１００は、差動増幅器１１、ＬＤ波長制御回路１２を備えている。同図において、差動増幅器１１は、差動端子に入力されるＬＤ波長モニタ信号およびＬＤパワーモニタ信号の差を検出し、この検出結果に基づき、ＬＤ波長制御回路１２を通してＬＤ１０の波長安定化を行う。
【００２１】
図１に示すように、ＬＤパワーモニタ信号（Ｓｐｍ）は、図示しないパワーモニタ手段検出結果であるＩｐｍをＧ１倍した値、ＬＤ波長モニタ信号（Ｓｗｍ）は、図示しない波長モニタ手段の検出信号であるＩｗｍをＧ２倍した値であるとする。すなわち、Ｓｐｍ、Ｓｗｍは次式のように記述できる。
Ｓｐｍ＝Ｇ１×Ｉｐｍ　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式３）
Ｓｗｍ＝Ｇ２×Ｉｗｍ　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式４）
【００２２】
波長モニタ手段での波長検出や、パワーモニター手段での光パワーの検出は、光信号をＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子の光電気変換出力によって得ることが一般的である。また、波長モニタ手段には、ＬＤ１０の出力光の波長に依存して光の透過量が変化する波長弁別フィルタが設けられる。例えば、ＬＤ１０から出力され波長弁別フィルタを透過した光が受光素子で受光されることによって、波長に応じて変化する信号Ｉｗｍが出力される。パワーモニター手段では、光信号をＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子の光電気変換手段で変換することによって、ＬＤ１０の出力光のパワーに応じた信号Ｉｐｍが出力される。波長弁別フィルタとしては、エタロンフィルタや、複屈折結晶を用いたものが知られている。
【００２３】
実際の制御に使用するＳｐｍ、Ｓｗｍは、光電流を電流・電圧変換した信号、もしくはその後に適度に増幅された信号となっているので、（式３）および（式４）のように記述しても一般性は失われない。また、差動増幅器出力（Ｖｅｒｒ）としてはＳｐｍ、Ｓｗｍの差に比例した成分が得られるため、Ｖｅｒｒは次式のように記述できる。
Ｖｅｒｒ＝Ｇ×（Ｓｐｍ−Ｓｗｍ）　　　　　　　　　　・・・（式５）
ここで、差動増幅器出力ＶｅｒｒをＬＤ波長制御回路で決まるＬＤ波長からの波長ずれ量（Ｖｅｒｒ＝０のときに誤差０）を表す誤差信号として用いる。
【００２４】
光部品を含み、この発明の波長安定化制御回路の閉ループゲインを充分大きくとった場合には、Ｖｅｒｒ／Ｇが限りなく０に近づくので、（式５）より、
Ｓｐｍ−Ｓｗｍ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式６）
Ｓｐｍ＝Ｓｗｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式７）
となる。その結果、制御波長は、（式３）、（式４）および（式７）から、
Ｉｗｍ／Ｉｐｍ＝Ｇ１／Ｇ２＝一定　　　　　　　　　　・・・（式８）
となり、（式８）の条件を満たす波長に安定化される。この式が意味するところは、光パワーモニタ信号と光波長モニタ信号の比を一定制御していることと等価であり、割り算器を用いることなく、波長安定化制御が実現できることを示している。
【００２５】
図２（ａ）は、図１の波長安定化制御回路において規格化された出力特性の概略を示すグラフであり、（ｂ）は波長ずれに対する差動増幅器の出力特性（誤差信号特性）の概略を示すグラフである。例えば、図２（ａ）に示すように長波長側に波長がシフトすると、Ｉｗｍ／Ｉｐｍの値が減少するような特性を有する波長モニタ信号を用いた場合、誤差信号Ｖｅｒｒは波長ずれ（Δλ＝λ−λｌｏｃｋ）によって、図２（ｂ）のような信号を発生する。図２（ｂ）に示すように、Ｖｅｒｒは、零を中心に波長ずれの正の値に対して負の値、波長ずれの負の値に対して正の値をとるため、例えば、後段の回路にてＶｅｒｒが負となった場合に波長を短波長側に調整し、正となった場合に長波長側に調整するという制御が行われれば常にＶｅｒｒ＝０で決まる波長（λｌｏｃｋ）に安定化されることになる。
【００２６】
これらの考察から、差動増幅器を用いた回路構成において、光部品を含む波長安定化制御回路の閉ループゲインを充分大きくとれば、誤差信号がＶｅｒｒ＝０となる点に迅速に収束するため、光パワーモニタ信号と光波長モニタ信号の比が一定となる制御を行うこととなり、図７の従来回路において説明した割り算回路を用いた場合と等価な制御を実現していることとなる。
【００２７】
したがって、図１で示したように、割り算器と等価なＳｗｍ／Ｓｐｍ＝一定（もしくは、図２のようにＩｗｍ／Ｉｐｍ＝一定）となるような制御を差動増幅器によって実現することができ、同等の動作を行うのに必要な部品点数を減少させることができる。加えて、差動増幅器としては汎用のアナログ演算増幅器等が使用可能であり、安価な回路構成をとることができる。さらに、アナログ部品で実現可能な構成とすることで、制御時定数、制御精度の設定が容易となり、簡易で制御精度、応答特性に優れた波長安定化制御回路を得ることができる。
【００２８】
波長安定化制御回路に供給されるＬＤ波長モニタ信号、ＬＤパワーモニタ信号は、例えば図３に示す構成により取得可能である。図３（ａ）はＬＤ１０の内部に波長弁別フィルタ５００を有するデバイスを用いた場合の構成例を示すブロック図である。波長弁別フィルタ５００は、透過率が波長に依存して変化する波長弁別機能を有する。
【００２９】
例えば、図３（ａ）では、ＬＤ１０の背面光から得られるＬＤパワーモニタ信号とＬＤ波長モニタ信号を使用する形態である。この例では、ＬＤ１０の背面光のビームの一部分が通過する光路上に、波長弁別フィルタ５００を挟んで第１の受光素子３０を配置する。また、ＬＤ１０の背面光のビームの他の部分が通過する光路上であって、波長弁別フィルタ５００の透過光が入射しない位置に、第１の受光素子３０と並列に第２の受光素子３１を配置する。これによって、第１の受光素子３０からＬＤ波長モニタ信号が出力され、第２の受光素子３１からＬＤパワーモニタ信号が出力されて、差動増幅器１１に入力される。ＬＤ波長モニタ信号は、例えば上述した図８（ａ）に示すような出力特性を有している。これ以外にも、ＬＤ１０内で前面光を分岐した形式のデバイスから得られるＬＤ波長モニタ信号およびＬＤパワーモニタ信号を用いても同等の動作が実現できることは言うまでもない。
【００３０】
図３（ｂ）は、ＬＤ１０の外に、波長弁別フィルタを有する波長ロッカ２０を用いた場合の構成例を示すブロック図である。ＬＤ１０の前面出力光は、光タップカプラ２１により少量分岐して波長ロッカ２０に入力される。波長ロッカ２０は、内部に有する図示しない波長弁別フィルタを介在させて、一方の光路からＬＤ波長モニタ信号を差動増幅器１１に出力する。また、他方の光路からＬＤパワーモニタ信号を差動増幅器１１に出力する。ＬＤ波長モニタ信号は、例えば上述した図８（ａ）に示すような出力特性を有している。
【００３１】
このように前面出力光から得られるＬＤ波長モニタ信号、ＬＤパワーモニタ信号を用いた制御を行うことで、実際に使用している主信号の波長もしくはパワーの制御を正確に行うことができる。例えば、波長モニタ箇所に既に変調された光信号が到達するような場合には、光源の波長を独立に制御するよりも、変調後の光信号スペクトルの重心が設定波長にくるよう制御をかけた方がよい場合があり、この場合には図３（ｂ）の形態が有用である。また、多くの光部品通過後の光パワー変動を一定制御するような場合においても、パワーモニタ箇所をＬＤ１０の外部に配置することで、パワーを一定としたい場所でのモニタおよびそれに対応したＬＤ１０の出力パワー制御が可能となる。
【００３２】
図３（ｃ）は、ＬＤ１０の波長制御は波長弁別フィルタ５００および第１の受光素子３０を介して得られるＬＤ波長モニタ信号を用いて行い、ＬＤ１０のパワーの制御はＬＤ１０の背面光を第２の受光素子３１で受光し、その受光素子の出力から得られるＬＤパワーモニタ信号を用いる場合の構成例を示すブロック図である。同図の構成では、例えば図示しない光部品がＬＤ１０と光タップカプラ２１の間に入り、光タップカプラ２１の出力が波長弁別フィルタ５００を介在させて第１の受光素子３０で受光される。波長弁別フィルタ５００と第１の受光素子３０とで波長ロッカ２０ｂが構成されている。この例では、ＬＤ前面出力光に基づいてＬＤ波長モニタ信号が得られ、ＬＤ背面光に基づいてＬＤパワーモニタ信号が得られて、差動増幅器１１に出力される。このように、波長ロッカ２０ｂによって検出されるＬＤ波長モニタ信号が、直接ＬＤ１０の出力パワーに結びつかない場合でも、ＬＤ１０の出力パワーは波長ロッカ２０ｂの検出結果に左右されることなく独立に制御することが可能である。なお、ＬＤ波長モニタ信号は、例えば上述した図８（ａ）に示すような出力特性を有している。
【００３３】
さらに、図３（ｂ）、（ｃ）の例では、波長ロッカのかわりに多チャネル一括モニタを使用することで、波長多重された多チャンネルの光に対して一括して波長モニタ用信号もしくはパワーモニタ用信号を得ることができる。
【００３４】
この実施の形態によれば、光半導体素子のパワーモニタ信号に基づき光半導体素子の出力パワーを制御するパワー制御回路が、光半導体素子のパワーモニタ信号を用いて、光半導体素子の出力パワーを制御するようにしているので、波長安定化制御と共に光出力パワー安定化制御を実現することができるという効果を奏する。
【００３５】
この実施の形態によれば、波長制御回路は、差動増幅器出力の差信号が零となるように光半導体素子の出力波長を制御しているので、光パワーモニタ信号と光波長モニタ信号の比が概略一定値となる条件に波長安定化動作が収束する波長安定化制御を実現することができるという効果を奏する。
【００３６】
この実施の形態によれば、加算回路が、基準波長設定電圧と差動増幅器が出力する差信号との加算信号を波長制御回路に出力し、この波長制御回路が、光半導体素子の出力波長を基準波長設定電圧で設定するようにしているので、所望の波長に設定する波長安定化制御を実現することができるという効果を奏する。
【００３７】
この実施の形態によれば、波長制御回路が、基準波長設定電圧で決定される光半導体素子の出力波長を差動増幅器が出力する差信号が零となるように制御しているので、光パワーモニタ信号と光波長モニタ信号の比が概略一定値となる条件に波長安定化動作が収束する波長安定化制御を実現することができるという効果を奏する。
【００３８】
なお、上述した実施の形態は、ＬＤについての説明であったが、ＬＤの波長制御に限ることではなく、少なくとも２種類の信号の比を一定に保つような制御を行いたい場合には、同様なアナログ回路にて、高精度な波長安定化制御回路を得ることができる。
【００３９】
さらに、実施例により安定化された光源を光送信器内に適用することで、容易に光送信器の波長安定度を向上することができる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる波長安定化制御回路の構成例を示すブロック図である。この波長安定化制御回路は、差動増幅器１１、ＬＤ波長制御回路１２、ＬＤパワー制御回路１３、基準波長設定電圧１４、増幅器１５ａ、１５ｂ、加算器１６を備えている。また、この波長安定化制御回路にＬＤ１０が設けられて、波長安定化光源が得られる。
【００４１】
同図の回路において、ＬＤ１０の波長およびパワーのモニタ手段検出信号が、増幅器１５ａ、１５ｂに供給される。増幅器１５ａではＬＤパワーモニタ手段検出信号がＧ１倍に増幅され、増幅器１５ｂではＬＤ波長モニタ手段検出信号がＧ２倍に増幅され、夫々差動増幅器１１の差動端子に入力される。差動増幅器１１の出力はスイッチ４０を通過して、基準波長設定電圧１４との加算をとるために加算器１６に入力される。加算器１６の出力は、ＬＤ波長制御回路１２に供給される。一方、増幅器１５ａの出力はＬＤパワー制御回路１３へも接続されている。したがって、ＬＤ１０の出力パワーおよび発振波長の制御はＬＤ波長制御回路１２およびＬＤパワー制御回路１３によって行われる。
【００４２】
つぎに、図４の回路の動作について説明する。図４の回路においては、誤差信号Ｖｅｒｒを得るところまでの原理は、図１の説明と同様であるので省略する。実施の形態２の波長安定化制御回路においては、Ｖｅｒｒを基準波長設定電圧１４からの誤差信号として用いる構成となっている。すなわち、Ｖｅｒｒ＝０の状態ではＬＤ１０の発振波長は、基準波長設定電圧１４で決定される波長に安定化される。この構成をとることで、ＬＤおよび制御回路に電源が投入された直後の動作を安定化させることができる。図４の回路で使用している各種アナログ回路においては、電源立ち上がり時に不安定動作を伴うことがある。加えて、電源投入直後ではＬＤのチップ温度が安定化するのに若干時間が必要である。こういった場合は、Ｖｅｒｒの加算を電源投入後一定時間後に行う必要がある。このために設けられたのがスイッチ４０である。このスイッチ４０は、例えばスタート時はＯＦＦで、波長が落ち着く所定の時間後にＯＮになるように動作することにより、安定な波長引き込み動作を実現することができる。波長引き込みが完了した後に、発振波長の調整を行う場合には、増幅器１５ｂのゲイン（Ｇ１）を調整し、等価的に波長の収束点の条件であるＳｗｍ／Ｓｐｍの値を変更することで収束点の波長設定を変更することができる。ＬＤパワー制御回路１３からは、ＬＤ１０にバイアス電流Ｓｂが出力される。また加算器１６からは、ＬＤ波長制御回路１２にＬＤ波長設定電圧Ｓｗが出力される。
【００４３】
図５は、図４に示す波長安定化制御回路のＬＤパワー制御回路１３の構成例を示すブロック図である。このＬＤパワー制御回路１３は、ＬＤパワー設定電圧２２、差動増幅器２３およびＬＤバイアス電流駆動回路２４を備えている。同図に示すＬＤパワー制御回路１３が示すように、ＬＤパワー設定電圧２２とＬＤパワーモニタ信号（Ｓｐｍ）との差に応じた出力が、差動増幅器２３からＬＤバイアス電流駆動回路２４に出力される。ＬＤバイアス電流駆動回路２４は、差動増幅器２３の出力信号に応じてＬＤ１０のバイアス電流を制御する。このように、ＬＤパワー制御回路１３での出力パワー調整は、ＬＤ１０に流すバイアス電流Ｓｂの量によって調整することができる。
【００４４】
図６は、図４に示す波長安定化制御回路のＬＤ波長制御回路１２の構成例を示すブロック図である。このＬＤ波長制御回路１２は、電圧源２５、サーミスタ抵抗２６、差動増幅器２７およびＬＤペルチェ電流駆動回路２８を備えている。同図に示すＬＤ波長制御回路１２が示すように、サーミスタ抵抗２６の抵抗値の変化が電圧変化に変換されサーミスタ検出電圧として差動増幅器２７に入力される。加算器１６から出力されるＬＤ波長設定電圧Ｓｗと、このサーミスタ検出電圧との差に応じた出力が、差動増幅器２７からＬＤペルチェ電流駆動回路２８に出力される。ＬＤペルチェ電流駆動回路２８は、差動増幅器２７の出力に応じて、ＬＤ１０と熱的に接続されたペルチェに印加するペルチェ電流を制御する。ここで、使用するサーミスタとしてＬＤ１０のモジュール内部に配置されたものを使用することで、より正確にチップ温度の検出および制御が可能である。このように、ＬＤ波長制御回路１２での波長調整は、結果的にＬＤ１０のチップ温度を制御することで調整することができる。
【００４５】
チップ温度が安定化するまでの時間は、バイアス電流変動によって光パワー変動が生じる時定数より充分長い。加えて、ＬＤ出力パワー調整のためにＬＤバイアス電流を変化させると、それによってもＬＤ１０のチップ温度が変化する。このため、これらの制御回路においては、波長と光パワーの制御の間には適度な制御時定数差を設けることが望ましい。すなわち、ＬＤ１０の波長制御に係わる制御ループの時定数と出力パワーに係わる制御ループとでは、ＬＤ１０の波長制御に係わる制御時定数の方を遅くすることでより安定な波長制御が可能となる。
【００４６】
また、図４に供給されるＬＤ波長モニタ信号もしくはＬＤ出力パワーモニタ信号や回路自体に温度依存性がある場合には、温度補正信号を、例えば増幅器１５ｂの後段に入れることで、温度補償機能のついたより安定度の高い波長制御が可能である。
【００４７】
図４で示した回路で使用する各種演算回路（差動増幅器１１、増幅器１５ａ、１５ｂ、加算器１６等）は全てアナログの汎用演算増幅器によって実現可能であり、簡易な構成で、高精度な波長安定化制御回路を得ることができる。
【００４８】
この実施の形態によれば、光半導体素子の波長制御が、この光半導体素子の温度によって制御されるので、半導体レーザの制御に最適な波長安定化制御を実現することができるという効果を奏する。
【００４９】
この実施の形態によれば、光半導体素子の出力パワー制御が、この光半導体素子の駆動電流もしくは駆動電圧によって制御されるので、光パワー制御も同時に実現することができるという効果を奏する。
【００５０】
この実施の形態によれば、光半導体素子の出力波長制御の速度が光半導体素子の出力パワー制御の速度よりも遅くなるようにしているので、波長安定化制御の応答を最適化することができるという効果を奏する。
【００５１】
なお、上述した実施の形態は、ＬＤについての説明であったが、ＬＤの波長制御に限ることではなく、少なくとも２種類の信号の比を一定に保つような制御を行いたい場合には、同様なアナログ回路にて、高精度な波長安定化制御回路を得ることができる。
【００５２】
さらに、上記実施例により安定化された光源を光送信器内に適用することで、容易に光送信器の波長安定度を向上することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、差動増幅器が、光半導体素子の波長モニタ信号とパワーモニタ信号との差信号を出力し、波長制御回路が、この差信号の出力に基づき光半導体素子の出力波長を制御するようにしているので、簡易な構成で高精度の波長制御を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である波長安定化制御回路の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１の波長安定化制御回路において規格化された出力特性の概略を示すグラフであり、（ｂ）は波長ずれに対する差動増幅器の出力特性（誤差信号特性）の概略を示すグラフである。
【図３】（ａ）は、ＬＤの内部に波長弁別フィルタを有するデバイスを用いた場合の構成例を示すブロック図であり、（ｂ）は、ＬＤの外に波長弁別フィルタを有する波長ロッカを用いた場合の構成例を示すブロック図であり、（ｃ）は、ＬＤの波長制御は波長弁別フィルタおよび第１の受光素子を介して得られるＬＤ波長モニタ信号を用いて行い、ＬＤのパワーの制御はＬＤの背面光を第２の受光素子で受光し、その受光素子の出力から得られるＬＤパワーモニタ信号を用いる場合の構成例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態２にかかる波長安定化制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す波長安定化制御回路のＬＤパワー制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】図４に示す波長安定化制御回路のＬＤ波長制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図７】特開平１０−２０９５４６号公報に開示される波長制御手法を用いた制御回路を書き直したブロック図である。
【図８】（ａ）は、ＬＤの波長に対する波長モニタ信号（Ｓｗｍ）の出力特性の概略を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の特性をパワーモニタ信号比（Ｓｐｍ）で規格化した出力特性の概略を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　ＬＤ、１１　差動増幅器、１２　ＬＤ波長制御回路、１３　ＬＤパワー制御回路、１４　基準波長設定電圧、１５ａ，１５ｂ　増幅器、１６　加算器、２０，２０ｂ　波長ロッカ、２１　ＬＤパワー設定電圧、２２　光タップカプラ、２３　差動増幅器、２４　ＬＤバイアス電流駆動回路、２５　電圧源、２６　サーミスタ抵抗、２７　差動増幅器、２８　ＬＤペルチェ電流駆動回路、３０　第１の受光素子、３１　第２の受光素子、４０　スイッチ、１００　波長安定化制御回路、５００　波長弁別フィルタ。

Claims

光半導体素子の出力光の波長モニタ信号とパワーモニタ信号に基いて、光半導体素子の出力光の波長を安定化させる波長安定化制御回路において、
前記光半導体素子の波長モニタ信号とパワーモニタ信号との差信号を出力する差動増幅器と、
前記差信号に基づき前記光半導体素子の出力光の波長を制御する波長制御回路と、を備えることを特徴とする波長安定化制御回路。
前記光半導体素子のパワーモニタ信号に基づき前記光半導体素子の出力パワーを制御するパワー制御回路をさらに備え、
前記パワー制御回路は、前記光半導体素子のパワーモニタ信号を用いて、前記光半導体素子の出力パワーを制御し、
前記波長制御回路は、前記光半導体素子の出力波長を前記差信号が零となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の波長安定化制御回路。
前記光半導体素子のパワーモニタ信号に基づき前記光半導体素子の出力パワーを制御するパワー制御回路と、
基準波長設定電圧と前記差動増幅器が出力する前記差信号との加算信号を前記波長制御回路に出力する加算回路とをさらに備え、
前記パワー制御回路は、前記光半導体素子のパワーモニタ信号を用いて、前記光半導体素子の出力パワーを制御し、
前記波長制御回路は、前記基準波長設定電圧で決定される前記光半導体素子の出力波長を、前記差動増幅器が出力する前記差信号が零となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の波長安定化制御回路。
前記光半導体素子の背面から出力され、波長弁別フィルタを介して受光した光に応じて前記波長モニタ信号を出力する第１の受光素子と、前記光半導体素子の背面から出力された光に応じて前記パワーモニタ信号を出力する第２の受光素子とを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の波長安定化制御回路。
前記光半導体素子の前面から出力され、波長弁別フィルタを介して受光した光に応じて前記波長モニタ信号を出力する第１の受光素子と、前記光半導体素子の背面から出力された光に応じて前記パワーモニタ信号を出力する第２の受光素子とを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の波長安定化制御回路。
前記波長制御回路は、前記差信号に基いて前記光半導体素子の温度を制御し、
前記パワー制御回路は、前記パワーモニタ信号に基いて前記光半導体素子の駆動電流もしくは駆動電圧を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の波長安定化制御回路。
前記波長制御回路における前記光半導体素子の出力波長制御の時定数が、前記パワー制御回路における前記光半導体素子の出力パワー制御の時定数よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の波長安定化制御回路。
光半導体素子と、前記請求項１〜７の何れか一つに記載の波長安定化制御回路とを備えたことを特徴とする波長安定化光源。