JP2007158251A

JP2007158251A - Wavelength stabilization apparatus and wavelength stabilization method

Info

Publication number: JP2007158251A
Application number: JP2005355101A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Fujiwara; 正満藤原; Hiroo Suzuki; 裕生鈴木; Katsumi Iwatsuki; 岩月　　勝美
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength stabilization apparatus which simplifies a photoelectric circuit structure in a light transmitting device without using a strength modulator and does not reduce the light strength of the light signal output from a semiconductor laser. <P>SOLUTION: The wavelength stabilization apparatus is equipped with a semiconductor laser which outputs the light modulated at a predetermined wavelength by being modulated with a data signal directly, a wavelength controller which controls the wavelength of the semiconductor laser by outputting a wavelength setting signal, a sine wave signal source which produces a sine wave signal, an adding device which adds the wavelength setting signal to the sine wave signal and applies the added signal to the semiconductor laser, a light filter which transmits the light signal output from the semiconductor laser at a transmission factor correspondent to the wavelength, a photoelectric converter which converts the light signal transmitted through the light filter to an electric signal, and a control signal detector which samples a sine wave signal from the electric signal output from the photoelectric converter and sends the control signal based on the sampled period signal to the wavelength controller. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、波長安定化装置及び波長安定化方法に関し、より詳細には、波長多重信号の波長を安定化させる波長安定化装置及び波長安定化方法に関する。 The present invention relates to a wavelength stabilization device and a wavelength stabilization method, and more particularly to a wavelength stabilization device and a wavelength stabilization method for stabilizing the wavelength of a wavelength multiplexed signal.

近年、インターネットをはじめとするデータ通信トラフィックの増大により、大容量な通信システムの構築が進んでいる。そのような中、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術の導入も盛んになされている。このＷＤＭ技術は、単なる伝送容量の拡大だけでなく、波長ごとに異なったサービスや利用者を割り当てることができる、多チャンネルのブロードバンドネットワークを柔軟に構築することにも寄与し得る。 In recent years, construction of a large-capacity communication system is progressing due to an increase in data communication traffic including the Internet. Under such circumstances, introduction of wavelength division multiplexing (WDM) technology is also actively made. This WDM technology can contribute not only to an increase in transmission capacity, but also to the flexible construction of a multi-channel broadband network that can allocate different services and users for each wavelength.

ＷＤＭ技術において利用できる波長数は、使用される波長合分波器などの光デバイスの帯域により制限される。したがって、波長数を増やすためには、波長間隔の高密度化が求められる。そこで鍵となるのが、信号波長を安定化させる技術である。従来、信号波長を安定させるために、光源ごとに波長ロッカを取り付ける手法が用いられてきた。その一例として、特許文献１を挙げることができる。しかしながら、波長ロッカは、光フィルタをはじめとする高価な光部品を多数必要とするため、送信部のコストが大幅に上昇するという課題があった。 The number of wavelengths that can be used in the WDM technology is limited by the band of an optical device such as a wavelength multiplexer / demultiplexer used. Therefore, in order to increase the number of wavelengths, it is necessary to increase the density of wavelength intervals. Therefore, the key is a technique for stabilizing the signal wavelength. Conventionally, in order to stabilize the signal wavelength, a method of attaching a wavelength locker for each light source has been used. As an example, Patent Document 1 can be cited. However, the wavelength locker requires a large number of expensive optical components such as an optical filter, and there has been a problem that the cost of the transmitter is significantly increased.

図６に、波長ロッカを用いない従来技術の一例として、特許文献２に開示されている波長安定化装置を示す。この波長安定化装置は、送信器６０１−１〜６０１−Ｎ、波長合波器６０２及び光電気変換器６０３を備えている。これら各送信器６０１−１〜６０１−Ｎは、波長合波器６０２にそれぞれ接続されており、各送信器６０１−１〜６０１−Ｎから出射された光信号が波長合波器６０２によって合波される。この波長合波器６０２は光電気変換器６０３にも接続されており、波長多重された光信号の一部は光電気変換器６０３に入力され、光電気変換器６０３によって電気信号に変換される。また、光電気変換器６０３と各送信器６０１−１〜６０１−Ｎとは、光電気変換器６０３から送信された電気信号を各送信器６０１−１〜６０１−Ｎが受信することができるように接続されている。 FIG. 6 shows a wavelength stabilization device disclosed in Patent Document 2 as an example of a prior art that does not use a wavelength locker. This wavelength stabilizing device includes transmitters 601-1 to 601-N, a wavelength multiplexer 602, and an optoelectric converter 603. Each of these transmitters 601-1 to 601-N is connected to a wavelength multiplexer 602, and optical signals emitted from the transmitters 601-1 to 601-N are multiplexed by the wavelength multiplexer 602. Is done. The wavelength multiplexer 602 is also connected to the photoelectric converter 603, and a part of the wavelength-multiplexed optical signal is input to the photoelectric converter 603 and converted into an electrical signal by the photoelectric converter 603. . In addition, the photoelectric converter 603 and the transmitters 601-1 to 601-N can receive the electrical signals transmitted from the photoelectric converter 603 by the transmitters 601-1 to 601-N. It is connected to the.

各送信器６０１−１〜６０１−Ｎは、半導体レーザ６０４、制御信号検出部６０５、波長制御部６０９、正弦波信号源６１０、極性反転器６１１、強度変調器６１２、加算器６１３及び電流源６１４を有している。 Each transmitter 601-1 to 601-N includes a semiconductor laser 604, a control signal detector 605, a wavelength controller 609, a sine wave signal source 610, a polarity inverter 611, an intensity modulator 612, an adder 613, and a current source 614. have.

所定波長の連続光を出力する半導体レーザ６０４は、波長制御部６０９、電流部６１４及び強度変調器６１２に接続されている。波長制御部６０９は、制御信号検出部６０５から入力される制御信号に基づく波長設定信号を出力して半導体レーザ６０４から出力される光信号波長を制御し、電流源６１４は、正弦波信号源６１０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６０４に供給する。正弦波信号源６１０は、電流源６１４、制御信号検出部６０５及び極性反転器６１１に接続され、それぞれに周波数ｆ_１の正弦波信号を出力する。極性反転器６１１は、加算器６１３に接続され、正弦波信号源６１０から出力された正弦波信号の極性を反転し、その極性反転した信号を加算器６１３に出力する。加算器６１３は、強度変調器６１２に接続され、極性反転器６１１で極性反転された正弦波信号とデータ信号とを加算し、強度変調器６１２に加算した信号を出力する。強度変調器６１２は、加算器６１３から出力される信号に基づき、半導体レーザ６０４から出力される連続光を強度変調する。この強度変調を行う際、半導体レーザ６０４と強度変調器６１２とのそれぞれにおける正弦波信号の強度変調成分を一致させる。 A semiconductor laser 604 that outputs continuous light having a predetermined wavelength is connected to a wavelength control unit 609, a current unit 614, and an intensity modulator 612. The wavelength control unit 609 outputs a wavelength setting signal based on the control signal input from the control signal detection unit 605 to control the optical signal wavelength output from the semiconductor laser 604, and the current source 614 includes the sine wave signal source 610. Is supplied to the semiconductor laser 604 by superposing the sine wave signal output from the signal and a predetermined bias value. Sine wave signal source 610, current source 614 is connected to the control signal detection unit 605 and the polarity inverter 611, which outputs a sine wave signal of frequency _{f 1,} respectively. The polarity inverter 611 is connected to the adder 613, inverts the polarity of the sine wave signal output from the sine wave signal source 610, and outputs the inverted signal to the adder 613. The adder 613 is connected to the intensity modulator 612, adds the sine wave signal whose polarity is inverted by the polarity inverter 611 and the data signal, and outputs the added signal to the intensity modulator 612. The intensity modulator 612 modulates the intensity of the continuous light output from the semiconductor laser 604 based on the signal output from the adder 613. When this intensity modulation is performed, the intensity modulation components of the sine wave signals in the semiconductor laser 604 and the intensity modulator 612 are matched.

半導体レーザ６０４として、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ：Distributed Feedback Laser-Diode）や、分布ブラッグ反射型レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ：Distributed Bragg Reflector Laser-Diode)を用いることができる。ＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−ＬＤの出力波長は、それぞれ、温度、注入電流により設定される。ＤＦＢ−ＬＤの場合、波長設定信号は、温度制御に用いる素子に依存する。例えば、温度制御用素子としてペルチェ素子を用いた場合、信号電圧が波長設定信号となる。ＤＢＲ−ＬＤの場合、信号電流が波長設定信号となる。送信器６０１−２〜６０１−Ｎは、送信器６０１−１と基本的に同様の構成・機能を有するが、正弦波信号源６１０から出力される正弦波信号は、各送信器６０１−１〜６０１−Ｎに割り当てられた固有の周波数とする。よってこれら送信器６０１−１〜６０１−Ｎは、互いに異なる波長の光信号を出力する。 As the semiconductor laser 604, a distributed feedback laser (DFB-LD) or a distributed Bragg reflector laser (DBR-LD) can be used. The output wavelengths of DFB-LD and DBR-LD are set by temperature and injection current, respectively. In the case of DFB-LD, the wavelength setting signal depends on the element used for temperature control. For example, when a Peltier element is used as the temperature control element, the signal voltage becomes the wavelength setting signal. In the case of DBR-LD, the signal current is the wavelength setting signal. The transmitters 601-2 to 601 -N have basically the same configuration and function as the transmitter 601-1, but the sine wave signals output from the sine wave signal source 610 are transmitted from the transmitters 601-1 to 601-1. A unique frequency assigned to 601-N is assumed. Therefore, these transmitters 601-1 to 601-N output optical signals having different wavelengths.

波長合波器６０２は、各送信器６０１−１〜６０１−Ｎに接続され、送信器６０１−１〜６０１−Ｎから出力された光信号を波長多重し、ＷＤＭ信号を生成して出力する。この波長合波器６０２としては、例えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating)や、ファイバーグレーティングなどを用いることができる。光電気変換器６０３は、波長合波器６０２から出力されるＷＤＭ信号の一部が入力するように波長合波器６０２に接続され、ＷＤＭ信号を電気信号に変換する。この光電気変換器６０３は、送信器６０１−１〜６０１−Ｎの各制御信号検出部６０５とそれぞれ接続され、各制御信号検出部６０５にＷＤＭ信号を出力する。制御信号検出部６０５は、光電気変換器６０３より出力された電気信号から前述の正弦波信号を検出し、その正弦波信号と正弦波信号源６１０から入力される正弦波信号とから制御信号を生成してその制御信号を波長制御部６０９に出力する。 The wavelength multiplexer 602 is connected to each of the transmitters 601-1 to 601-N, wavelength-multiplexes the optical signals output from the transmitters 601-1 to 601-N, and generates and outputs a WDM signal. As the wavelength multiplexer 602, for example, an arrayed waveguide grating (AWG), a fiber grating, or the like can be used. The photoelectric converter 603 is connected to the wavelength multiplexer 602 so that a part of the WDM signal output from the wavelength multiplexer 602 is input, and converts the WDM signal into an electrical signal. This photoelectric converter 603 is connected to each control signal detector 605 of each of the transmitters 601-1 to 601-N, and outputs a WDM signal to each control signal detector 605. The control signal detection unit 605 detects the aforementioned sine wave signal from the electrical signal output from the photoelectric converter 603, and obtains a control signal from the sine wave signal and the sine wave signal input from the sine wave signal source 610. The generated control signal is output to the wavelength control unit 609.

ここで、特許文献２において開示されている従来の波長安定化装置の基本原理について説明する。図７に、波長合波器の透過特性を表す曲線とその１階微分成分を示す。図７（ａ）に示すような透過特性を有する波長合波器６０２を光信号が透過する場合を考える。この光信号の波長がλ_０を中心として周波数ｆの正弦波で変調されているとき、すなわち、波長の時間変化が、 Here, the basic principle of the conventional wavelength stabilizing device disclosed in Patent Document 2 will be described. FIG. 7 shows a curve representing the transmission characteristics of the wavelength multiplexer and its first-order differential component. Consider a case where an optical signal is transmitted through a wavelength multiplexer 602 having transmission characteristics as shown in FIG. When the wavelength of this optical signal is modulated with a sine wave of frequency f centered on λ ₀ , that is, the time change of the wavelength

で表されるとき、波長合波器６０２の透過中心波長λ_ｃと光信号の中心波長λ_０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。これは、以下のように説明できる。波長合波器６０２の透過特性Ｔは、波長λ_０を中心として、次式のように展開できる。 If the transmission center wavelength λ _c of the wavelength multiplexer 602 is shifted from the center wavelength λ ₀ of the optical signal, the wavelength change of the optical signal is converted into an intensity change. This can be explained as follows. The transmission characteristic T of the wavelength multiplexer 602 can be developed as the following equation with the wavelength λ ₀ as the center.

よって、波長合波器６０２に入力される前の光信号パワーＰ_ｉｎに対し、波長合波器６０２を透過した後の光信号パワーＰ_ｏｕｔは、次式により求められる。 Therefore, the optical signal power P _out after passing through the wavelength multiplexer 602 with respect to the optical signal power P _in before being input to the wavelength multiplexer 602 is obtained by the following equation.

式（３）の第２項は、波長合波器６０２透過後の光信号に波長変化と同じ周波数ｆの強度変調成分が存在し、その振幅が波長合波器６０２の透過率Ｔの１階微分に比例することを示している。 The second term of Equation (3) is that the optical signal after passing through the wavelength multiplexer 602 has an intensity modulation component of the same frequency f as the wavelength change, and the amplitude is the first floor of the transmittance T of the wavelength multiplexer 602. It is proportional to the differentiation.

図７（ａ）に示した特性を持つ波長合波器６０２の透過率の１階微分成分を図７（ｂ）に示す。波長合波器６０２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、予め光信号の波長を正弦波で変調しておき、波長合波器６０２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λ_０と波長合波器の透過中心波長λ_ｃとを一致させることができる。 FIG. 7B shows the first-order differential component of the transmittance of the wavelength multiplexer 602 having the characteristics shown in FIG. If the transmission characteristics of the wavelength multiplexer 602 is symmetric with respect to center transmission wavelength lambda _c, 1-order derivative component of transmission at the transmission center wavelength lambda _c is zero. Therefore, the wavelength of the optical signal is modulated in advance with a sine wave, the intensity modulation component having the same frequency as that of the sine wave is detected after passing through the wavelength multiplexer 602, and the center wavelength of the optical signal is set so that the amplitude becomes zero. By controlling λ ₀ , it is possible to make the center wavelength λ ₀ of the optical signal coincide with the transmission center wavelength λ _c of the wavelength multiplexer.

次に、図８（ａ）〜（ｅ）に、従来の波長安定化装置における各機能ブロックにおける信号形態を示す。また図９（ａ）に、従来の波長安定化装置における半導体レーザ６０４から出力される光信号波長の時間変化を示し、図９（ｂ）に、強度変調器から出力される光信号波長の時間変化を示す。正弦波信号源６１０から出力される信号の信号波形が図８（ａ）で表されるとき、半導体レーザ６０４の出力光は、図８（ｂ）のように強度変調される。それと同時に半導体レーザ６０４の出力波長も変調され、その波長の時間変化は図９（ａ）のようになる。ただし以下では、半導体レーザへ注入される電流量の増加に伴い波長が長波長側に変化し、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ないものと仮定する。 Next, FIGS. 8A to 8E show signal forms in the respective functional blocks in the conventional wavelength stabilizing device. FIG. 9A shows the time change of the optical signal wavelength output from the semiconductor laser 604 in the conventional wavelength stabilizing device, and FIG. 9B shows the time of the optical signal wavelength output from the intensity modulator. Showing change. When the signal waveform of the signal output from the sine wave signal source 610 is represented in FIG. 8A, the output light of the semiconductor laser 604 is intensity-modulated as shown in FIG. 8B. At the same time, the output wavelength of the semiconductor laser 604 is also modulated, and the wavelength change with time is as shown in FIG. However, in the following, it is assumed that the wavelength changes to the longer wavelength side as the amount of current injected into the semiconductor laser increases, and that there is no phase difference between the intensity modulation component and the wavelength modulation component.

一方、極性反転器６１１から出力される信号の波形は図８（ｃ）に示すように図８（ａ）の波形を反転したものとなり、加算器６１３において図８（ｄ）に示す本来伝送すべきデータ信号と多重され、強度変調器６１２に入力される。強度変調器６１２がこの多重された信号に基づき半導体レーザ６０４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８（ｅ）に示すように、データ信号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、強度変調器６１２では影響を受けないため、図９（ｂ）に示すように、半導体レーザ６０４で与えられた波長変化がそのまま残る。以上により、波長が正弦波で変調された光信号が得られる。 On the other hand, the waveform of the signal output from the polarity inverter 611 is obtained by inverting the waveform of FIG. 8A as shown in FIG. 8C, and the adder 613 originally transmits the signal as shown in FIG. It is multiplexed with the power data signal and input to the intensity modulator 612. When the intensity modulator 612 modulates the output light from the semiconductor laser 604 based on this multiplexed signal, the intensity modulation component due to the sine wave signal is canceled, and as shown in FIG. Only remains. On the other hand, since the wavelength information is not affected by the intensity modulator 612, the wavelength change given by the semiconductor laser 604 remains as shown in FIG. 9B. Thus, an optical signal whose wavelength is modulated with a sine wave is obtained.

図７（ａ）に示す波長合波部６０２の透過特性において、送信器６０１−１〜６０１−Ｎから出力される光信号の中心波長λ_０と波長合波器６０２の透過中心波長λ_ｃとがずれた場合、正弦波信号と同じ周波数ｆ_１を持ち、振幅が波長合波器６０２の透過率の１階微分に比例する強度変調成分（以下、透過率微分信号）が発生する。 In the transmission characteristics of the wavelength multiplexing unit 602 shown in FIG. 7A, the center wavelength λ _{0 of the} optical signal output from the transmitters 601-1 to 601-N and the transmission center wavelength λ _c of the wavelength multiplexer 602 , An intensity modulation component (hereinafter referred to as a transmittance differential signal) having the same frequency f ₁ as the sine wave signal and having an amplitude proportional to the first-order derivative of the transmittance of the wavelength multiplexer 602 is generated.

送信器６０１−１〜６０１−Ｎ内に配置される制御信号検出部６０５は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６０８、掛け算器６０７及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０６を有している。ＢＰＦ６０８は、波長合波器６０２を透過した光信号から光電気変換器６０３によって変換された電気信号中の周波数ｆ_１の透過率微分信号を抽出する。掛け算器６０７は、抽出された透過率微分信号に正弦波信号源６１０からの分岐信号を乗算する。ＬＰＦ６０６は、掛け算器６０７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６０９にフィードバックされる。ここで、透過率微分信号と、正弦波信号源６１０からの分岐信号がフェーズロックされ、同相で乗算されるものとする。このとき、光信号の中心波長λ_０が、λ_０＞λ_ｃ，λ_０＝λ_ｃ，λ_０＜λ_ｃ、それぞれの場合について、透過率微分信号の符号は、マイナス，０，プラス、となる。制御信号検出部６０５で検出された透過率微分信号の振幅及び符号情報を制御信号として波長制御部６０９に送り、波長制御部６０９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６０４の出力光の波長を制御することで、送信器６０１−１〜６０１−Ｎから出力される光信号の中心波長λ_０を波長合波器６０２の透過中心波長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、透過率微分信号の符号により決定する。 The control signal detection unit 605 disposed in the transmitters 601-1 to 601-N includes a band pass filter (BPF) 608, a multiplier 607, and a low pass filter (LPF) 606. The BPF 608 extracts a transmittance differential signal of the frequency f _{1 in} the electric signal converted by the photoelectric converter 603 from the optical signal transmitted through the wavelength multiplexer 602. The multiplier 607 multiplies the extracted transmittance differential signal by the branch signal from the sine wave signal source 610. The LPF 606 extracts a DC component from the signal output from the multiplier 607. This direct current component is fed back to the wavelength controller 609 as a control signal. Here, it is assumed that the transmittance differential signal and the branch signal from the sine wave signal source 610 are phase-locked and multiplied in phase. At this time, when the center wavelength λ ₀ of the optical signal is λ ₀ > λ _c , λ ₀ = λ _c , λ ₀ <λ _c , the sign of the transmittance differential signal is minus, 0, plus. Become. The amplitude and sign information of the transmittance differential signal detected by the control signal detection unit 605 is sent to the wavelength control unit 609 as a control signal, and the wavelength control unit 609 causes the amplitude of the transmittance differential signal to be zero. By controlling the wavelength of the output light, the center wavelength λ ₀ of the optical signal output from the transmitters 601-1 to 601-N can be matched with the transmission center wavelength λ _c of the wavelength multiplexer 602. At that time, the wavelength control direction is determined by the sign of the transmittance differential signal.

なお、特許文献２では、掛け算器６０７において乗算される正弦波信号として、光信号に重畳されたパイロット信号を利用した例が示されているが、ここでは、より簡単な手法として、光送信器６０１−１〜６０１−Ｎ内の正弦波信号源６１１の出力を用いる場合を示した。 In Patent Document 2, an example is shown in which a pilot signal superimposed on an optical signal is used as a sine wave signal multiplied by a multiplier 607. Here, as a simpler technique, an optical transmitter is used. The case where the output of the sine wave signal source 611 in 601-1 to 601-N is used is shown.

特開平１１−０３１８５９号明細書Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-031859 特開２００３−２５８３７３号明細書JP 2003-258373 A

しかしながら、上記従来技術においては、半導体レーザ６０４の出力波長の正弦波変調を行うことによって生じる強度変調成分をキャンセルするため、強度変調器６１２を用いた複雑な光電気回路構成を必要とするという問題があった。また、データ信号のマーク側の光強度は、強度変調器６１２の損失を無視したとしても、上記強度変調成分の谷の位置に相当する光強度以下となり（図８（ｅ）を参照）、半導体レーザ６０４から出力される光信号の光強度が大幅に小さくなるという問題もあった。 However, in the above prior art, in order to cancel the intensity modulation component generated by performing the sine wave modulation of the output wavelength of the semiconductor laser 604, a complicated photoelectric circuit configuration using the intensity modulator 612 is required. was there. Further, the light intensity on the mark side of the data signal is less than or equal to the light intensity corresponding to the valley position of the intensity modulation component even if the loss of the intensity modulator 612 is ignored (see FIG. 8 (e)). There is also a problem that the light intensity of the optical signal output from the laser 604 is significantly reduced.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光送信器内の光電気回路構成を簡略化し、かつ半導体レーザから出力される光信号の光強度の低下を抑えた波長安定化装置及び波長安定化方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to simplify the photoelectric circuit configuration in the optical transmitter and to reduce the light intensity of the optical signal output from the semiconductor laser. It is to provide a wavelength stabilization device and a wavelength stabilization method that suppresses the above.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、波長安定化装置において、少なくともデータ信号により直接変調して所定波長の変調された光信号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波長設定信号を出力して半導体レーザの波長を制御する波長制御部と、所定の周波数の正弦波信号を発生する正弦波信号源と、波長設定信号と正弦波信号とを加算し、加算した信号を半導体レーザに出力する加算器と、半導体レーザから出力された光信号を波長に応じた透過率で透過する光フィルタと、光フィルタを透過した光信号を電気信号に変換する光電気変換器と、光電気変換器より出力される電気信号から正弦波信号と同じ周波数を有する周期信号を抽出し、抽出された周期信号に基づく制御信号を波長制御部に出力する制御信号検出部であって、周期信号を抽出するバンドパスフィルタと、抽出された正弦波信号と正弦波信号と同じ周波数を有する第２の正弦波信号を乗算し、乗算した信号を出力する掛け算器と、掛け算器から出力される乗算した信号から制御信号として直流成分を抽出するローパスフィルタとを含む制御信号検出部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides a semiconductor laser that outputs a modulated optical signal having a predetermined wavelength by directly modulating at least a data signal in a wavelength stabilizing device. A wavelength control unit that outputs a wavelength setting signal according to an input control signal to control the wavelength of the semiconductor laser, a sine wave signal source that generates a sine wave signal of a predetermined frequency, a wavelength setting signal, and a sine An adder that adds the wave signal and outputs the added signal to the semiconductor laser, an optical filter that transmits the optical signal output from the semiconductor laser with a transmittance according to the wavelength, and an optical signal that has passed through the optical filter. A photoelectric signal to be converted into an electrical signal and a periodic signal having the same frequency as the sine wave signal are extracted from the electrical signal output from the photoelectric converter, and a control signal based on the extracted periodic signal is wavelength A control signal detection unit for outputting to a control unit, which multiplies a bandpass filter for extracting a periodic signal and a second sine wave signal having the same frequency as that of the extracted sine wave signal and the sine wave signal. And a control signal detector including a multiplier that outputs a signal and a low-pass filter that extracts a DC component as a control signal from the multiplied signal output from the multiplier.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長安定化装置であって、正弦波信号源からの正弦波信号は、正弦波信号から掛け算器へと直接入力されることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein the sine wave signal from the sine wave signal source is directly input from the sine wave signal to the multiplier. To do.

請求項３は、請求項１に記載の波長安定化装置であって、正弦波信号を分周して、正弦波信号を分周した周波数を有する第３の正弦波信号を出力する分周器と、第３の正弦波信号とデータ信号とを加算して、加算された信号を半導体レーザに出力する第２の加算器とをさらに備え、制御信号検出部は、第３の正弦波信号を抽出する第２のバンドパスフィルタと、第２のバンドパスフィルタにて抽出されただい３の正弦波信号を逓倍して、正弦波信号と同じ周波数を有する第４の正弦波信号を出力する逓倍器とを有し、第４の正弦波信号は、正弦波信号源からの正弦波信号であることを特徴とする。 3. The wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein the frequency stabilizer divides the sine wave signal and outputs a third sine wave signal having a frequency obtained by dividing the sine wave signal. And a second adder that adds the third sine wave signal and the data signal and outputs the added signal to the semiconductor laser, and the control signal detection unit outputs the third sine wave signal. The second band-pass filter to be extracted and the multiplication by which the third sine wave signal extracted by the second band-pass filter is multiplied to output a fourth sine wave signal having the same frequency as the sine wave signal. And the fourth sine wave signal is a sine wave signal from a sine wave signal source.

請求項４は、請求項１乃至３のいずれかに記載の波長安定化装置において、波長制御部は、波長設定信号により半導体レーザの波長を制御して半導体レーザから出力される光信号の波長を光フィルタの透過中心波長に一致させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the wavelength stabilization device according to any one of the first to third aspects, the wavelength control unit controls the wavelength of the semiconductor laser by the wavelength setting signal and sets the wavelength of the optical signal output from the semiconductor laser. It is characterized by matching with the transmission center wavelength of the optical filter.

請求項５は、請求項１乃至４のいずれかに記載の波長安定化装置において、波長制御部は、半導体レーザを直接変調して得られた変調光の光スペクトルにおける強度のピークを、光フィルタの透過中心波長に対して低周波側に設定されるよう、波長設定信号にオフセットを掛けることを特徴とする。 The wavelength stabilizing device according to any one of claims 1 to 4, wherein the wavelength control unit uses an optical filter to measure the intensity peak in the optical spectrum of the modulated light obtained by directly modulating the semiconductor laser. The wavelength setting signal is offset so that the transmission center wavelength is set on the low frequency side.

請求項６は、請求項１乃至５のいずれかに記載の波長安定化装置において、波長安定化装置に許容される波長ずれが高周波側と低周波側とで対称になるよう、波長制御部は、半導体レーザを直接変調して得られた変調光の光スペクトルにおける強度のピークに対して、波長設定信号にオフセットを掛けることを特徴とする。 A wavelength control unit according to a sixth aspect of the present invention is the wavelength stabilization device according to any one of the first to fifth aspects, so that the wavelength shift allowed in the wavelength stabilization device is symmetrical between the high frequency side and the low frequency side. The wavelength setting signal is offset with respect to the intensity peak in the optical spectrum of the modulated light obtained by directly modulating the semiconductor laser.

請求項７は、波長安定化方法であって、少なくともデータ信号により半導体レーザを直接変調して所定波長の変調された光信号を出力する変調光出力ステップと、半導体レーザから出力された光信号を波長に応じた透過率で光フィルタに透過させる透過ステップと、光フィルタを透過した光信号を電気信号に変換する変換ステップと、変換ステップにおいて出力された電気信号から所定の周波数の正弦波信号と同じ周波数を有する周期信号を抽出し、当該抽出された周期信号に基づく制御信号を出力する制御信号検出ステップであって、周期信号を抽出する第１の抽出ステップと、抽出された周期信号と正弦波信号と同じ周波数を有する第２の正弦波信号とを乗算する乗算ステップと、乗算された信号から制御信号として直流成分を抽出する第２の抽出ステップとを含む制御信号検出ステップと制御信号に応じて波長設定信号を出力する波長設定信号出力ステップと、波長設定信号と正弦波信号とを加算し、加算した信号を半導体レーザに出力する加算ステップとを有することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a wavelength stabilization method, wherein a modulated light output step for directly modulating a semiconductor laser by at least a data signal and outputting a modulated optical signal having a predetermined wavelength, and an optical signal output from the semiconductor laser A transmission step of transmitting the optical filter with a transmittance according to the wavelength; a conversion step of converting the optical signal transmitted through the optical filter into an electrical signal; and a sine wave signal having a predetermined frequency from the electrical signal output in the conversion step. A control signal detection step for extracting a periodic signal having the same frequency and outputting a control signal based on the extracted periodic signal, the first extraction step for extracting the periodic signal, the extracted periodic signal and the sine A multiplication step of multiplying a second sine wave signal having the same frequency as the wave signal, and extracting a DC component as a control signal from the multiplied signal A control signal detection step including two extraction steps, a wavelength setting signal output step for outputting a wavelength setting signal according to the control signal, a wavelength setting signal and a sine wave signal are added, and the added signal is output to the semiconductor laser And an adding step.

本発明によれば、半導体レーザから出力される光信号を強度変調器によって強度変調させる必要がないため、光送信器内の光電気回路構成が簡略化され、かつ強度変調による光強度の低下を抑えた光信号を出力する光送信器を備えた波長安定化装置を提供することが可能である。 According to the present invention, there is no need to intensity-modulate the optical signal output from the semiconductor laser by the intensity modulator, so that the photoelectric circuit configuration in the optical transmitter is simplified and the light intensity is reduced by the intensity modulation. It is possible to provide a wavelength stabilizing device including an optical transmitter that outputs a suppressed optical signal.

（実施形態１）
図１に、本発明の一実施形態に係る波長安定化装置の構成を示す。実施形態１の波長安定化装置は、送信器１０１−１〜１０１−Ｎ、波長合波器１０２、光電気変換器１０３を備えている。また、各送信器１０１−１〜１０１−Ｎは、半導体レーザ１０４、制御信号検出部１０５、波長制御部１０９、正弦波信号源１１０、加算器１１１を備えている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a wavelength stabilization device according to an embodiment of the present invention. The wavelength stabilizing device of the first embodiment includes transmitters 101-1 to 101-N, a wavelength multiplexer 102, and an optoelectric converter 103. Each of the transmitters 101-1 to 101-N includes a semiconductor laser 104, a control signal detection unit 105, a wavelength control unit 109, a sine wave signal source 110, and an adder 111.

例えば、図６に示した従来の波長安定化装置による半導体レーザ６０４の出力波長変化は、半導体レーザ６０４をバイアスされた正弦波信号により電流駆動し、出力光の強度変調を行うことによってもたらされる。それに対し、本発明の実施形態による半導体レーザ１０４の出力波長変化は、ペルチェ素子を用いて正弦波信号に基づく温度制御を行い、半導体レーザ１０４のディッサリングによりもたらされる点において異なる。すなわち、本発明の実施形態においては、図８（ｂ）のように出力光の強度変調を行うことなく波長変化させるため、データ信号による強度変調を半導体レーザ１０４に対して直接行うことができる。 For example, the change in the output wavelength of the semiconductor laser 604 by the conventional wavelength stabilization device shown in FIG. 6 is caused by current-driving the semiconductor laser 604 with a biased sine wave signal and modulating the intensity of the output light. On the other hand, the output wavelength change of the semiconductor laser 104 according to the embodiment of the present invention is different in that the temperature control based on the sine wave signal is performed using a Peltier element and is brought about by the dithering of the semiconductor laser 104. That is, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8B, since the wavelength is changed without performing the intensity modulation of the output light, the intensity modulation by the data signal can be directly performed on the semiconductor laser 104.

本実施形態における半導体レーザ１０４として、直接変調可能な分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ：Distributed Feedback Laser-Diode）を用いることができる。ＤＦＢ−ＬＤの出力波長は、温度により設定される。半導体レーザ１０４は、波長制御部１０９から出力される波長設定信号と正弦波信号源１１０から出力される正弦波信号とを加算した信号によって変調させる。この波長設定信号と正弦波信号とが加算された信号は、温度制御に用いる素子に依存するので、例えば、温度制御用素子としてペルチェ素子（不図示）を用いた場合、波長設定信号と正弦波信号とが加算された信号は電圧により変化させることができる。この場合、半導体レーザ１０４は、バイアスされたデータ信号により電流駆動され、波長設定信号と正弦波信号とが加算された信号に基づくペルチェ素子による温度制御がなされることによって所定波長の変調光を出力する。 As the semiconductor laser 104 in the present embodiment, a directly-modulable distributed feedback laser (DFB-LD: Distributed Feedback Laser-Diode) can be used. The output wavelength of the DFB-LD is set by the temperature. The semiconductor laser 104 modulates with a signal obtained by adding the wavelength setting signal output from the wavelength control unit 109 and the sine wave signal output from the sine wave signal source 110. Since the signal obtained by adding the wavelength setting signal and the sine wave signal depends on the element used for temperature control, for example, when a Peltier element (not shown) is used as the temperature control element, the wavelength setting signal and the sine wave are used. The signal added with the signal can be changed by the voltage. In this case, the semiconductor laser 104 is current-driven by a biased data signal, and outputs modulated light of a predetermined wavelength by temperature control by a Peltier element based on a signal obtained by adding a wavelength setting signal and a sine wave signal. To do.

半導体レーザ１０４は、加算器１１１に接続されている。この加算器１１１は、波長設定信号を出力する波長制御部１０９と周波数ｆ_１の正弦波信号を出力する正弦波信号源１１０とに接続され、両者が出力する信号を加算し、その加算した信号を半導体レーザ１０４に出力する。これにより半導体レーザ１０４の出力波長は、波長制御部１０９による制御の下、ディッサリングされる。また、加算器１１１に接続されている正弦波信号源１１０は、制御信号検出部１０５にも正弦波信号を出力するように接続されている。制御信号検出部１０５は、波長制御部１０９と光電気変換器１０３とも接続されており、この光電気変換器１０３から出力される電気信号と正弦波信号源１１０から出力される正弦波信号とに基づく制御信号を波長制御部１０９に出力するように接続されている。すなわち、波長制御部１０９は、制御信号検出部１０５から入力される制御信号にしたがって、半導体レーザ１０４から出力される光信号波長を制御する。 The semiconductor laser 104 is connected to the adder 111. The adder 111 is connected to a wavelength control unit 109 that outputs a wavelength setting signal and a sine wave signal source 110 that outputs a sine wave signal having a frequency f _1. Is output to the semiconductor laser 104. As a result, the output wavelength of the semiconductor laser 104 is dithered under the control of the wavelength controller 109. The sine wave signal source 110 connected to the adder 111 is also connected to the control signal detection unit 105 so as to output a sine wave signal. The control signal detection unit 105 is also connected to the wavelength control unit 109 and the photoelectric converter 103, and converts the electrical signal output from the photoelectric converter 103 and the sine wave signal output from the sine wave signal source 110. The control signal based on this is connected to the wavelength controller 109. That is, the wavelength control unit 109 controls the wavelength of the optical signal output from the semiconductor laser 104 according to the control signal input from the control signal detection unit 105.

また、波長合波器１０２と光電気変換器１０３とは、波長合波器１０２で多重された光信号の一部が光電気変換器１０３に入力されるように接続されている。光電気変換器１０３と各送信器１０１−１〜１０１−Ｎの制御信号検出部１０５とはそれぞれ接続されており、多重された信号に基づく電気信号が光電気変換器１０３から各制御信号検出部１０５に出力される。 The wavelength multiplexer 102 and the photoelectric converter 103 are connected such that a part of the optical signal multiplexed by the wavelength multiplexer 102 is input to the photoelectric converter 103. The photoelectric converter 103 and the control signal detectors 105 of the transmitters 101-1 to 101-N are connected to each other, and an electric signal based on the multiplexed signal is transmitted from the photoelectric converter 103 to each control signal detector. 105 is output.

送信器１０１−２〜１０１−Ｎは、送信器１０１−１と同様の構成・機能を有し、これら送信器１０１−２〜１０１−Ｎは、互いに異なる波長の光信号を出力する。ここで、各送信器１０１−１〜１０１−Ｎの正弦波信号源１１０から出力される正弦波信号は、各送信器１０１−２〜１０１−Ｎに割り当てられた固有の周波数ｆ_２〜ｆ_Ｎとする。波長合波器１０２は、送信器１０１−１〜１０１−Ｎに接続され、送信器１０１−１〜１０１−Ｎから出力された光信号を波長多重してＷＤＭ信号を出力する。波長合波器１０２とは、半導体レーザから出力された光信号を波長に応じた透過率で透過する光フィルタであって、波長合波器１０２として、例えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating)や、ファイバーグレーティングなどを用いることができる。光電気変換器１０３は、波長合波器１０２に接続されており、波長合波器１０２から出力されるＷＤＭ信号の一部を電気信号に変換する。この光電気変換器１０３は、各送信器１０１−１〜１０１−Ｎの制御信号検出部１０５に接続されており、各送信器１０１−１〜１０１−Ｎの制御信号検出部１０５は、光電気変換器１０３より出力された電気信号から周波数ｆ_１〜ｆ_Ｎの正弦波信号をそれぞれ検出する。 The transmitters 101-2 to 101-N have the same configuration and function as the transmitter 101-1, and these transmitters 101-2 to 101-N output optical signals having different wavelengths. Here, the sine wave signals output from the sine wave signal sources 110 of the transmitters 101-1 to 101-N are inherent frequencies f _{2 to} f _N assigned to the transmitters 101-2 to 101- _N. And The wavelength multiplexer 102 is connected to the transmitters 101-1 to 101 -N, wavelength-multiplexes the optical signals output from the transmitters 101-1 to 101 -N, and outputs a WDM signal. The wavelength multiplexer 102 is an optical filter that transmits an optical signal output from a semiconductor laser with a transmittance corresponding to the wavelength. As the wavelength multiplexer 102, for example, an arrayed waveguide diffraction grating (AWG: Arrayed) is used. Waveguide Grating) or fiber grating can be used. The photoelectric converter 103 is connected to the wavelength multiplexer 102 and converts part of the WDM signal output from the wavelength multiplexer 102 into an electrical signal. The photoelectric converter 103 is connected to the control signal detection unit 105 of each of the transmitters 101-1 to 101-N, and the control signal detection unit 105 of each of the transmitters 101-1 to 101-N is connected to the photoelectric conversion unit 105. A sine wave signal having a frequency of f _{1 to} f _N is detected from the electric signal output from the converter 103.

送信器１０１−１内に配置される制御信号検出部１０５は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０８、掛け算器１０７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０６を有している。ＢＰＦ１０８は、光電気変換器１０３において変換された電気信号から、周波数ｆ_１の周期信号である透過率微分信号を抽出する。掛け算器１０７は、抽出された透過率微分信号に正弦波信号源１１０からの分岐信号を乗算する。ＬＰＦ１０６は、掛け算器１０７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にフィードバックされる。すなわち、電気信号と正弦波信号とに基づく制御信号は、上記電気信号から抽出された透過率微分信号と正弦波信号との乗算信号から抽出された直流成分である。ここで、透過率微分信号と、正弦波信号源１１０からの分岐信号がフェーズロックされ、同相で乗算されるものとする。このとき、半導体レーザ１０４から出力される光信号の中心波長λ_０が、λ_０＜λ_ｃ，λ_０＝λ_ｃ，λ_０＞λ_ｃ、それぞれの場合について、透過率微分信号の符号は、ブラス，０，マイナス、となる。この制御信号検出部１０５で検出された透過率微分信号の振幅及び符号情報は制御信号として波長制御部１０９に送られる。波長制御部１０９は波長設定信号をペルチェ素子に出力し、そのペルチェ素子が波長設定信号に基づく温度制御を行うことにより、透過率微分信号の振幅が０となるように半導体レーザ１０４の出力光の波長を制御し、光信号の中心波長λ_０を波長合波器１０２の透過中心波長λ_ｃに一致させることができる。その際、単位電圧に対する波長の変化量を予め把握しておけば、検出された波長変化量に対応した波長制御を行える。また、波長の制御方向は、透過率微分信号の符号により決定する。ここでは、送信器１０１−１の制御信号検出部１０５について説明したが、送信器１０１−２〜１０１−Ｎの各制御信号検出部１０５も検出する電気信号の周波数以外は送信器１０１−１の制御信号検出部１０５と同じ構成である。 The control signal detection unit 105 disposed in the transmitter 101-1 includes a band pass filter (BPF) 108, a multiplier 107, and a low pass filter (LPF) 106. The BPF 108 extracts a transmittance differential signal, which is a periodic signal having a frequency f ₁ , from the electrical signal converted by the photoelectric converter 103. The multiplier 107 multiplies the extracted transmittance differential signal by the branch signal from the sine wave signal source 110. The LPF 106 extracts a DC component from the signal output from the multiplier 107. This direct current component is fed back to the wavelength controller as a control signal. That is, the control signal based on the electric signal and the sine wave signal is a direct current component extracted from the multiplication signal of the transmittance differential signal extracted from the electric signal and the sine wave signal. Here, it is assumed that the transmittance differential signal and the branch signal from the sine wave signal source 110 are phase-locked and multiplied in phase. At this time, the center wavelength λ _{0 of the} optical signal output from the semiconductor laser 104 is λ ₀ <λ _c , λ ₀ = λ _c , λ ₀ > λ _c , and the sign of the transmittance differential signal is Brass, 0, minus. The amplitude and sign information of the transmittance differential signal detected by the control signal detector 105 is sent to the wavelength controller 109 as a control signal. The wavelength control unit 109 outputs a wavelength setting signal to the Peltier element, and the Peltier element performs temperature control based on the wavelength setting signal, so that the amplitude of the transmittance differential signal becomes 0 so that the output light of the semiconductor laser 104 becomes zero. By controlling the wavelength, the center wavelength λ ₀ of the optical signal can be matched with the transmission center wavelength λ _c of the wavelength multiplexer 102. At this time, if the change amount of the wavelength with respect to the unit voltage is known in advance, the wavelength control corresponding to the detected change amount of the wavelength can be performed. The wavelength control direction is determined by the sign of the transmittance differential signal. Here, the control signal detection unit 105 of the transmitter 101-1 has been described, but the frequency of the electrical signal that is also detected by each control signal detection unit 105 of the transmitters 101-2 to 101-N is the same as that of the transmitter 101-1. The configuration is the same as that of the control signal detection unit 105.

本発明による波長安定化装置によれば、強度変調器を用いず、直接変調により半導体レーザを駆動する構成とすることにより、送信器内の光電気回路を簡略化し、かつ半導体レーザ出力の光強度の低減を抑えることができる。 According to the wavelength stabilizing device of the present invention, the configuration is such that the semiconductor laser is driven by direct modulation without using the intensity modulator, thereby simplifying the photoelectric circuit in the transmitter and the light intensity of the semiconductor laser output. Can be suppressed.

（実施形態２）
図２に、本発明の一実施形態に係る波長安定化装置の構成を示す。実施形態２の波長安定化装置は、制御信号検出部２１２を送信器２０１−１から受信器２０４−１に移動した構成となっている。半導体レーザ２０５は、加算器２０７、２０８に接続されている。加算器２０７は、波長制御部２０６と正弦波信号源２０９に接続され、波長制御部２０６から出力される制御信号と正弦波信号源２０９から出力される周波数ｆの正弦波信号とを加算し、半導体レーザ２０５に加算した信号を出力する。加算器２０８は、分周器２１０に接続され、分周器２１０から出力される波長ｆ′の正弦波信号と送信すべきデータ信号とを加算して半導体レーザ２０５に加算した信号を出力する。分周器２１０は、正弦波信号源２０９に接続されており、正弦波信号源２０９から出力される正弦波信号の周波数ｆを整数分の１の周波数ｆ′に分周する。この分周された周波数ｆ′の正弦波信号をデータ信号に加算して半導体レーザ２０５を直接変調する。これは、受信器２０４−１の制御信号検出部２１２において検出される透過率微分信号に乗算する正弦波信号、実施形態１において正弦波信号源１１０から制御信号検出部１０５に出力される正弦波信号に対応する信号を送信器２０１−１から受信器２０４−１にパイロット信号として送るためである。 (Embodiment 2)
FIG. 2 shows a configuration of a wavelength stabilizing device according to an embodiment of the present invention. The wavelength stabilization apparatus of the second embodiment has a configuration in which the control signal detection unit 212 is moved from the transmitter 201-1 to the receiver 204-1. The semiconductor laser 205 is connected to adders 207 and 208. The adder 207 is connected to the wavelength control unit 206 and the sine wave signal source 209, and adds the control signal output from the wavelength control unit 206 and the sine wave signal of frequency f output from the sine wave signal source 209, A signal added to the semiconductor laser 205 is output. The adder 208 is connected to the frequency divider 210, adds the sine wave signal having the wavelength f ′ output from the frequency divider 210 and the data signal to be transmitted, and outputs the added signal to the semiconductor laser 205. The frequency divider 210 is connected to the sine wave signal source 209, and divides the frequency f of the sine wave signal output from the sine wave signal source 209 into a frequency f ′ that is a fraction of an integer. The semiconductor laser 205 is directly modulated by adding the frequency-divided sine wave signal of frequency f ′ to the data signal. This is a sine wave signal to be multiplied by the transmittance differential signal detected by the control signal detection unit 212 of the receiver 204-1, and a sine wave output from the sine wave signal source 110 to the control signal detection unit 105 in the first embodiment. This is because a signal corresponding to the signal is transmitted from the transmitter 201-1 to the receiver 204-1 as a pilot signal.

波長合波器２０２は、送信器２０１−１〜２０１−Ｎに接続され、各送信器２０１−１〜２０１−Ｎから出力された光信号を波長多重してＷＤＭ信号を波長合波器２０２に接続された波長分波器２０３に出力する。波長分波器２０３は、受信器２０４−１〜２０４−Ｎに接続されおり、波長合波器２０２から出力されたＷＤＭ信号を分波して各受信器２０４−１〜２０４−Ｎの光電気変換器２１１に出力する。光電気変換器２１１は、制御信号検出部２１２に接続され、入力されたＷＤＭ信号を電気信号に変換して、その変換した電気信号を制御信号検出部２１２に出力する。 The wavelength multiplexer 202 is connected to the transmitters 201-1 to 201-N, wavelength-multiplexes the optical signals output from the transmitters 201-1 to 201-N, and the WDM signal is sent to the wavelength multiplexer 202. Output to the connected wavelength demultiplexer 203. The wavelength demultiplexer 203 is connected to the receivers 204-1 to 204-N. The wavelength demultiplexer 203 demultiplexes the WDM signal output from the wavelength combiner 202 and outputs the optical signals of the receivers 204-1 to 204-N. Output to the converter 211. The photoelectric converter 211 is connected to the control signal detection unit 212, converts the input WDM signal into an electrical signal, and outputs the converted electrical signal to the control signal detection unit 212.

制御信号検出部２１２は、２つのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１３、２１４、逓倍器２１５、掛け算器２１６、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１７から構成される。ＢＰＦ２１３，２１４は、光電気変換器２１１とそれぞれ接続され、光電気変換器２１１から出力された電気信号をそれぞれ入力される。ＢＰＦ２１３は、掛け算器２１６に接続されており、光電気変調器２１１において検出された電気信号から周波数ｆの透過率微分信号を抽出して掛け算器２１６に出力する。ＢＰＦ２１４は、逓倍器２１５に接続されており、光電気変換器２１１において検出された電気信号から周波数ｆ′のパイロット信号を抽出て逓倍器２１５に出力する。すなわち、ＢＰＦ２１３、２１４は、それぞれ周波数ｆ、ｆ′の電気信号が入力されるが、その電気信号からＢＰＦ２１３では周波数ｆの電気信号を抽出し、ＢＰＦ２１４では周波数ｆ′の電気信号を抽出する。 The control signal detection unit 212 includes two band pass filters (BPF) 213 and 214, a multiplier 215, a multiplier 216, and a low pass filter (LPF) 217. The BPFs 213 and 214 are connected to the photoelectric converter 211, respectively, and are supplied with electrical signals output from the photoelectric converter 211, respectively. The BPF 213 is connected to the multiplier 216, extracts a transmittance differential signal having a frequency f from the electric signal detected by the photoelectric modulator 211, and outputs the extracted signal to the multiplier 216. The BPF 214 is connected to the multiplier 215, extracts a pilot signal having a frequency f ′ from the electric signal detected by the photoelectric converter 211, and outputs the pilot signal to the multiplier 215. That is, the BPFs 213 and 214 receive electrical signals having frequencies f and f ′, respectively. From the electrical signals, the BPF 213 extracts an electrical signal having the frequency f, and the BPF 214 extracts an electrical signal having the frequency f ′.

逓倍器２１５は、掛け算器２１６に接続されており、ＢＰＦ２１４から入力される周波数ｆ′のパイロット信号を逓倍し、透過率微分信号と同じ周波数ｆの正弦波信号に変換して掛け算器２１６に出力する。掛け算器２１６は、ＬＰＦ２１７に接続されており、ＢＰＦ２１３において抽出された透過率微分信号に逓倍器において周波数ｆに変換された正弦波信号を乗算し、その乗算した信号をＬＰＦ２１７に出力する。ＬＰＦ２１７は、掛け算器２１６から出力された信号より直流成分を抽出する。ＬＰＦ２１７は、波長制御部２０６に接続されており、この抽出された直流成分が制御信号として波長制御部２０６にフィードバックされるのは実施形態１と同様である。制御信号検出部２１２で検出された透過率微分信号の振幅及び符号情報を制御信号として波長制御部２０６に送り、波長制御部２０６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２０５の出力光の波長を制御することで、送信器２０１−１〜２０１−Ｎから出力される光信号の中心波長λ_０を波長分波器２０３の透過中心波長λ_ｃに一致させることができる。なお、分周器２１０と逓倍器２１５とは逆であってもよい。また、実施形態１における波長合波器１０２の透過特性に対応するものは、波長合波器２０２と波長分波器２０３の全体の透過特性である。波長合波器２０２、波長分波器２０３として、例えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating)や、ファイバーグレーティングなどの光フィルタを用いることができるが、後述のように直接変調による光スペクトル広がりが大きいので、波長合波器２０２には光フィルタではなく光カプラを利用する方が望ましい。このように波長合波器２０２に光カプラを利用する場合、実施形態１において波長合波器１０２に対応する、透過率微分信号を発生するものは、実施形態２においては波長分波器２０３となる。 The multiplier 215 is connected to the multiplier 216, multiplies the pilot signal of the frequency f ′ input from the BPF 214, converts it to a sine wave signal of the same frequency f as the transmittance differential signal, and outputs it to the multiplier 216. To do. The multiplier 216 is connected to the LPF 217, multiplies the transmittance differential signal extracted by the BPF 213 by the sine wave signal converted to the frequency f by the multiplier, and outputs the multiplied signal to the LPF 217. The LPF 217 extracts a DC component from the signal output from the multiplier 216. The LPF 217 is connected to the wavelength control unit 206, and the extracted DC component is fed back to the wavelength control unit 206 as a control signal, as in the first embodiment. The amplitude and sign information of the transmittance differential signal detected by the control signal detection unit 212 is sent to the wavelength control unit 206 as a control signal, and the wavelength control unit 206 causes the amplitude of the transmittance differential signal to be zero. By controlling the wavelength of the output light, the center wavelength λ ₀ of the optical signal output from the transmitters 201-1 to 201-N can be matched with the transmission center wavelength λ _c of the wavelength demultiplexer 203. The frequency divider 210 and the multiplier 215 may be reversed. Further, what corresponds to the transmission characteristics of the wavelength multiplexer 102 in the first embodiment is the entire transmission characteristics of the wavelength multiplexer 202 and the wavelength demultiplexer 203. As the wavelength multiplexer 202 and the wavelength demultiplexer 203, for example, an optical filter such as an arrayed waveguide grating (AWG) or a fiber grating can be used. Since the spectrum spread is large, it is desirable to use an optical coupler instead of an optical filter for the wavelength multiplexer 202. As described above, when an optical coupler is used for the wavelength multiplexer 202, the one that generates a transmittance differential signal corresponding to the wavelength multiplexer 102 in the first embodiment is the same as the wavelength demultiplexer 203 in the second embodiment. Become.

（実施形態３）
図３（ａ）に、５０ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号を合分波することのできるＡＷＧの透過特性の測定例を示し、図３（ｂ）に、断熱チャープの支配的なＤＦＢ−ＬＤを１．２５Ｇｂｐｓ（ＰＮ７段）のデータ信号により直接変調したときの光スペクトルを示す。図３では、ＤＦＢ−ＬＤを直接変調したときの光スペクトルの相対周波数０ＧＨｚを、光スペクトルにおける強度がピークとなるよう図示している。 (Embodiment 3)
FIG. 3 (a) shows an example of measurement of transmission characteristics of an AWG that can multiplex / demultiplex a WDM signal at intervals of 50 GHz, and FIG. 3 (b) shows a dominant DFB-LD of adiabatic chirp of 1.25 Gbps. The optical spectrum when directly modulated by the data signal of (PN7 stage) is shown. In FIG. 3, the relative frequency 0 GHz of the optical spectrum when the DFB-LD is directly modulated is illustrated so that the intensity in the optical spectrum has a peak.

図３（ａ）に示すＡＷＧの透過特性は、透過中心波長（図の相対周波数０ＧＨｚ）に対して左右対称であるのに対し、ＤＦＢ−ＬＤを直接変調したときの光スペクトルは左右非対称である。また、ＡＷＧの透過幅（３ｄＢ幅＝２７．５ＧＨｚ）に対して、光スペクトルは無視できないほど広がっている。最近の研究開発により、直接変調による光スペクトル広がりは抑えられてきてはいるが、５０ＧＨｚ間隔、１００ＧＨｚ間隔などの高密度ＷＤＭへの適用を考えると、その広がりは無視できない。 The transmission characteristics of the AWG shown in FIG. 3A are symmetric with respect to the transmission center wavelength (relative frequency 0 GHz in the figure), whereas the optical spectrum when the DFB-LD is directly modulated is asymmetrical. . In addition, the optical spectrum spreads beyond ignorance with respect to the transmission width of AWG (3 dB width = 27.5 GHz). Although the optical spectrum spread due to direct modulation has been suppressed by recent research and development, considering the application to high-density WDM such as 50 GHz interval and 100 GHz interval, the spread cannot be ignored.

図４に、直接変調による光スペクトル広がり、及びその非対称性の影響を示す測定結果を示す。使用したＤＦＢ−ＬＤ、及びＡＷＧは、図３に示されるものと同一である。図４の横軸はＡＷＧの透過中心波長に対するＤＦＢ−ＬＤの周波数ずれを表し、縦軸はそれぞれ、相対光強度、及びパワーペナルティを表す。相対光強度は、ＤＦＢ−ＬＤの周波数がＡＷＧの透過中心波長に対して相対的にずれた場合に、ＡＷＧを通過した光信号の強度が周波数のずれに応じて変化する様子を表し、最大値を０ｄＢとして規格化している。また、パワーペナルティは、ＢＥＲ（bit error rate）＝１０^-12の受信感度−３４．２ｄＢｍのＡＰＤ（avalanche photo diode）により受信したときの受信感度劣化を表す。直接変調による光スペクトル広がりが、ＡＷＧの透過幅に対して無視できるほど小さければ、相対光強度、パワーペナルティともほぼ０ｄＢの値を示す横軸の範囲がある程度存在するはずである。しかしながら、図４に示すように、そのような範囲はほとんど存在せず、相対光強度、パワーペナルティともにＤＦＢ−ＬＤの周波数ずれに対して敏感に減少あるいは劣化している。また、図３に示すように光スペクトルが左右非対称であるため、ＤＦＢ−ＬＤの周波数ずれに対して、相対光強度、パワーペナルティいずれの曲線も左右非対称に変化している。 FIG. 4 shows measurement results showing the influence of the optical spectrum spread by direct modulation and its asymmetry. The DFB-LD and AWG used are the same as those shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 4 represents the frequency shift of the DFB-LD with respect to the transmission center wavelength of the AWG, and the vertical axis represents the relative light intensity and the power penalty, respectively. The relative light intensity represents a state in which the intensity of the optical signal that has passed through the AWG changes according to the frequency shift when the frequency of the DFB-LD is shifted relative to the transmission center wavelength of the AWG. Is normalized as 0 dB. Further, the power penalty represents a deterioration in reception sensitivity when received by an APD (avalanche photo diode) of BER (bit error rate) = 10 ⁻¹² reception sensitivity−34.2 dBm. If the optical spectrum spread by direct modulation is negligibly small with respect to the transmission width of the AWG, there should be a certain range of the horizontal axis showing values of approximately 0 dB for both the relative light intensity and the power penalty. However, as shown in FIG. 4, there is almost no such range, and both the relative light intensity and the power penalty are sensitively reduced or deteriorated with respect to the frequency shift of the DFB-LD. Further, since the optical spectrum is asymmetrical as shown in FIG. 3, the curves of the relative light intensity and the power penalty change asymmetrically with respect to the frequency shift of the DFB-LD.

図５に、相対光強度の減少、及びパワーペナルティの劣化により、光ファイバ伝送路に許容されるロスバジェットがどの程度減少するかを示す。点線ａは波長設定信号の位置、すなわち最適化された中心波長λ_０の位置を表し、曲線ｂは半導体レーザに印加される信号を表す。相対光強度の減少、及びパワーペナルティの劣化は、ともにその分だけ光ファイバ伝送路に許容されるロスバジェットの減少を招くため、パワーペナルティと相対パワーの差をロスバジェットのペナルティと定義し、図５の縦軸にこのロスバジェットのペナルティをとる。図５に示すように、ロスバジェットのペナルティは、ＤＦＢ−ＬＤの周波数ずれに対して左右非対称に変化する。例えば、ロスバジェットのペナルティ３ｄＢを許容する設計を行った場合、波長安定化装置に許容される周波数ずれは、−８ＧＨｚ〜＋４．５ＧＨｚとなる。この場合、光スペクトルが左右対称であるか、もしくは、左右非対称であったとしても光スペクトルがＡＷＧの透過幅に対して無視しうる場合と同様に、変調光の光スペクトルにおける強度のピークがＡＷＧの透過中心波長λ_ｃに一致するように制御を行うと、実質的に波長安定化装置に許容される波長ずれの大きさは、高周波側の波長ずれの大きさに制限され、効率的な波長安定化を行うことができない。図５の場合には、波長安定化装置に許容される波長ずれは、ＡＷＧの透過中心波長λ_ｃに対して−１．７５ＧＨｚの位置に対して左右対称となる。そこで、波長制御部において波長設定信号の位置をＡＷＧの透過中心波長λ_ｃから低周波側にオフセットしてＤＦＢ−ＬＤに印加することにより、許容される波長ずれの全領域を使用することができ、効率的な波長安定化を実現することができる。 FIG. 5 shows how much the loss budget allowed for the optical fiber transmission line decreases due to the decrease in relative light intensity and the degradation of power penalty. The dotted line a represents the position of the wavelength setting signal, that is, the position of the optimized center wavelength λ ₀ , and the curve b represents the signal applied to the semiconductor laser. The decrease in relative light intensity and the deterioration in power penalty both lead to a decrease in the loss budget allowed for the optical fiber transmission line, so the difference between the power penalty and the relative power is defined as the loss budget penalty. The vertical axis of 5 takes this loss budget penalty. As shown in FIG. 5, the penalty of the loss budget changes asymmetrically with respect to the frequency shift of the DFB-LD. For example, when a design that allows a loss budget penalty of 3 dB is performed, the frequency deviation allowed for the wavelength stabilizing device is −8 GHz to +4.5 GHz. In this case, even if the optical spectrum is left-right symmetric or left-right asymmetric, the intensity peak in the optical spectrum of the modulated light is AWG as in the case where the optical spectrum is negligible with respect to the transmission width of the AWG. transmission center when performing control so as to coincide with the wavelength lambda _c of the magnitude of the wavelength shift allowed for substantially wavelength stabilization apparatus is limited to the size of the wavelength shift of the high frequency side, efficient wavelength Stabilization cannot be performed. In the case of FIG. 5, the wavelength shift allowed for the wavelength stabilizing unit becomes symmetrical with respect to the position of -1.75GHz respect to the transmission center wavelength lambda _c of the AWG. Therefore, by applying to the DFB-LD to offset the position of the wavelength setting signal in the wavelength control unit from the transmission center wavelength lambda _c of the AWG on the low frequency side, it is possible to use the entire area of the wavelength shift allowed Efficient wavelength stabilization can be realized.

本発明の一実施形態に係る波長安定化装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength stabilization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る波長安定化装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength stabilization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る１０ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号を合分波することのできるＡＷＧの透過特性の測定例と、ＤＦＢ−ＬＤを１．２５Ｇｂｐｓ（ＰＮ７段）のデータ信号により直接変調したときの光スペクトルを示す図である。Example of measurement of transmission characteristics of AWG capable of multiplexing / demultiplexing WDM signal at 10 GHz interval according to one embodiment of the present invention, and when DFB-LD is directly modulated by a data signal of 1.25 Gbps (PN7 stage) It is a figure which shows an optical spectrum. 本発明の一実施形態に係る直接変調による光スペクトル広がり、及びその非対称性の影響を示す測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result which shows the influence of the optical spectrum spread by the direct modulation which concerns on one Embodiment of this invention, and its asymmetry. 本発明の一実施形態に係る相対光強度の減少、及びパワーペナルティの劣化により、光ファイバ伝送路に許容されるロスバジェットがどの程度減少するかを示す図である。It is a figure which shows how much the loss budget permitted to an optical fiber transmission line reduces by the reduction | decrease of relative light intensity which concerns on one Embodiment of this invention, and deterioration of a power penalty. 波長ロッカを用いない従来技術の一例として、特許文献２に開示されている波長安定化装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength stabilization apparatus currently disclosed by patent document 2 as an example of the prior art which does not use a wavelength locker. （ａ）は、従来の波長合波器の透過特性を表す曲線を示す図であり、（ｂ）は、その１階微分成分を示す図である。(A) is a figure which shows the curve showing the transmission characteristic of the conventional wavelength multiplexer, (b) is a figure which shows the 1st-order differential component. （ａ）は、従来の波長安定化装置における正弦波信号源から出力される信号を示す図であり、（ｂ）は、従来の半導体レーザから出力される信号を示す図であり、（ｃ）は、従来の極性反転器から出力される信号を示す図であり、（ｄ）は、従来のデータ信号を示す図であり、（ｅ）は、強度変調器から出力される信号の信号形態を示す図である。(A) is a figure which shows the signal output from the sine wave signal source in the conventional wavelength stabilization apparatus, (b) is a figure which shows the signal output from the conventional semiconductor laser, (c) FIG. 4 is a diagram showing a signal output from a conventional polarity inverter, (d) is a diagram showing a conventional data signal, and (e) is a signal form of a signal output from an intensity modulator. FIG. 従来の波長安定化装置における（ａ）半導体レーザ６０４から出力される光信号波長の時間変化を示す図と、（ｂ）強度変調器から出力される光信号波長の時間変化を示す図である。(A) The figure which shows the time change of the optical signal wavelength output from the semiconductor laser 604 in the conventional wavelength stabilization apparatus, (b) The figure which shows the time change of the optical signal wavelength output from an intensity modulator.

Explanation of symbols

１０１−１〜１０１−Ｎ、２０１−１〜２０１−Ｎ、６０１−１〜６０１−Ｎ送信器
１０２、２０２、６０２波長合波器
１０３、２１１、６０３光電気変換器
１０４、２０５、６０４半導体レーザ
１０５、６０５制御信号検出部
１０６、２１７、６０６ＬＰＦ
１０７、２１６、６０７掛け算器
１０８、２１３、２１４、６０８ＢＰＦ
１０９、２０６、６０９波長制御部
１１０、２０９、６１０正弦波信号源
１１１、２０７、２０８、６１３加算器
２０３波長分波器
２０４−１〜２０４−Ｎ受信器
２１０分周器
２１５逓倍器
６１１極性反転器
６１２強度変調器
６１４電流源
101-1 to 101-N, 201-1 to 201-N, 601-1 to 601-N Transmitter 102, 202, 602 Wavelength multiplexer 103, 211, 603 Photoelectric converter 104, 205, 604 Semiconductor laser 105, 605 Control signal detector 106, 217, 606 LPF
107, 216, 607 Multiplier 108, 213, 214, 608 BPF
109, 206, 609 Wavelength controller 110, 209, 610 Sinusoidal signal source 111, 207, 208, 613 Adder 203 Wavelength demultiplexer 204-1 to 204-N Receiver 210 Frequency divider 215 Multiplier 611 Polarity inversion 612 Intensity modulator 614 Current source

Claims

A semiconductor laser that directly modulates at least a data signal and outputs a modulated optical signal having a predetermined wavelength; and
A wavelength control unit for controlling the wavelength of the semiconductor laser by outputting a wavelength setting signal according to an input control signal;
A sine wave signal source for generating a sine wave signal of a predetermined frequency;
An adder for adding the wavelength setting signal and the sine wave signal and outputting the added signal to the semiconductor laser;
An optical filter that transmits an optical signal output from the semiconductor laser with a transmittance according to a wavelength;
A photoelectric converter that converts an optical signal transmitted through the optical filter into an electrical signal;
A control signal detector that extracts a periodic signal having the same frequency as the sine wave signal from the electrical signal output from the photoelectric converter and outputs the control signal based on the extracted periodic signal to the wavelength controller A multiplication of a band pass filter for extracting the periodic signal, a multiplication of the extracted sine wave signal and a second sine wave signal having the same frequency as the sine wave signal, and outputting the multiplied signal And a control signal detector including a low-pass filter that extracts a DC component as a control signal from the multiplied signal output from the multiplier.

The wavelength stabilization device according to claim 1,
The sine wave signal from the sine wave signal source is directly input from the sine wave signal to the multiplier.

The wavelength stabilization device according to claim 1,
A frequency divider that divides the sine wave signal and outputs a third sine wave signal having a frequency obtained by dividing the sine wave signal;
A second adder that adds the third sine wave signal and the data signal and outputs the added signal to the semiconductor laser;
The control signal detector is
A second bandpass filter for extracting the third sine wave signal;
A multiplier that multiplies as many as three sine wave signals extracted by the second band-pass filter and outputs a fourth sine wave signal having the same frequency as the sine wave signal;
The wavelength stabilizing device, wherein the fourth sine wave signal is a sine wave signal from the sine wave signal source.

4. The wavelength stabilization device according to claim 1, wherein the wavelength control unit controls the wavelength of the semiconductor laser using the wavelength setting signal and sets the wavelength of an optical signal output from the semiconductor laser. A wavelength stabilizing device characterized by matching with a transmission center wavelength of an optical filter.

5. The wavelength stabilization device according to claim 1, wherein the wavelength control unit transmits a peak of intensity in an optical spectrum of modulated light obtained by directly modulating the semiconductor laser through the optical filter. A wavelength stabilizing device, wherein an offset is applied to a wavelength setting signal so as to be set on a low frequency side with respect to a center wavelength.

6. The wavelength stabilizing device according to claim 1, wherein the wavelength control unit is configured so that a wavelength shift allowed for the wavelength stabilizing device is symmetrical between a high frequency side and a low frequency side. A wavelength stabilizing device characterized in that an offset is applied to a wavelength setting signal with respect to an intensity peak in an optical spectrum of modulated light obtained by directly modulating the signal.

A modulated light output step for directly modulating the semiconductor laser with at least a data signal and outputting a modulated optical signal of a predetermined wavelength;
A transmission step of transmitting the optical signal output from the semiconductor laser to the optical filter with a transmittance according to the wavelength;
A conversion step of converting an optical signal transmitted through the optical filter into an electrical signal;
A control signal detection step of extracting a periodic signal having the same frequency as a sine wave signal of a predetermined frequency from the electrical signal output in the conversion step, and outputting a control signal based on the extracted periodic signal, A first extraction step for extracting a periodic signal; a multiplication step for multiplying the extracted periodic signal by a second sine wave signal having the same frequency as the sine wave signal; and a control signal from the multiplied signal. A control signal detection step including a second extraction step of extracting a DC component as a wavelength setting signal output step of outputting a wavelength setting signal according to the control signal,
An addition step of adding the wavelength setting signal and the sine wave signal and outputting the added signal to the semiconductor laser.