JP2009099862A - 制御回路および温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる制御回路および温度制御方法を提供する。
【解決手段】強度変調された信号光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）、ＬＤと光学的に結合されたエタロンフィルタ、ＬＤの温度を調整するためのペルチェ素子、及びエタロンフィルタの温度を調整するためのペルチェ素子を含む光送信器において、当該光送信器の周囲温度が所定温度を超えていない場合には、エタロンフィルタの第１の閾値波長λ_Ｃ１がオン強度時のピーク波長λ_Ｈとオフ強度時のピーク波長λ_Ｌとの間に位置するように、また、周囲温度が所定温度を超えている場合には、第２の閾値波長λ_Ｃ２（＞λ_Ｃ１）が波長λ_Ｈと波長λ_Ｌとの間に位置するように、ＬＤ及びエタロンフィルタの各温度を制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、光送信器における半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を制御するための制御回路および温度制御方法に関するものである。

光通信システムに用いられる光送信器において、高い周波数でオン／オフ変調された駆動電流をレーザダイオード（以下、ＬＤとする）に供給することにより、高速の信号光を出力する方式（いわゆる直接変調方式）がある。しかし、このような直接変調方式では、駆動電流がオンレベルの時とオフレベルの時とでＬＤの活性媒質内のキャリア密度が異なり、発光波長が僅かにシフトする。なお、このような現象は、一般的にチャープ（または波長チャープ）と呼ばれている。信号光を伝搬する光ファイバには分散特性があり、信号光の波長によって光ファイバ伝搬時の光速が僅かに異なるので、チャープを含む信号光を光ファイバを介して受信すると、受光波形に乱れが生じてしまう。したがって、長距離伝送を行う場合には、一般的に直接変調方式は用いられず、ＬＤから出力された光をＥＡ（Electro-Absorption）変調器或いはＭＺ（Mach-Zender）変調器により変調する。しかし、現在の技術ではＥＡ変調器およびＭＺ変調器のいずれを利用した場合であっても伝送距離は１００ｋｍが限界であり、また、ＥＡ変調器やＭＺ変調器を用いると光送信器の小型化が困難となる。

そこで、ＣＭＬ（Chirp-Managed Directly Modulated Laser）技術が注目されている（例えば非特許文献１）。ＣＭＬ技術とは、ＬＤを直接変調して信号光を生成し、急峻な閾値特性を有する波長選択フィルタ（エタロンフィルタ等）をこの信号光に通過させて、駆動電流がオフレベルのときの波長の光を遮断することにより、チャープの影響を抑制する技術である。この技術によれば、光送信器の小型化を図りつつ１００ｋｍ〜２００ｋｍ程度の伝送距離が期待できる。

一方、ＬＤの発光波長はその温度によっても変動することが知られている。波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）光通信システムでは、ＬＤの発光波長の変動を防ぐため、ペルチェ素子を使ってＬＤの温度を一定範囲内に制御している（例えば特許文献１，２）。
Yasuhiro Matsui et al., "Chirp-Managed Directly Modulated Laser (CML)",IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, No. 2, January 15, 2006 特開２０００−２０８８６６号公報 特開２００６−２０２９９２号公報

ＣＭＬ技術においてチャープの影響を効果的に抑制するためには、ＬＤの波長シフトが波長選択フィルタの閾値波長を跨ぐように、ＬＤの発光波長および波長選択フィルタの閾値波長を精度よく制御する必要がある。ＬＤの発光波長および波長選択フィルタの閾値波長は温度によって変動するので、これらを精度よく制御するためにＬＤおよび波長選択フィルタのそれぞれにペルチェ素子（熱電変換素子）が設けられる。しかし、ペルチェ素子の温度制御能力には限界があり、例えば吸熱面と放熱面との温度差が５０℃を超えると、制御対象物（ＬＤ、波長選択フィルタ）の温度を一定範囲に保つことが困難となる。したがって、ＣＭＬ技術において光送信器の周囲温度が大きく変化した場合、チャープによる信号光の波長シフトと波長選択フィルタの閾値波長との関係を適切に制御することが困難となる。このような場合、信号光がオン時およびオフ時の双方において波長選択フィルタを通過してしまい受信側の受光波形に乱れが生じるか、或いは、信号光がオン時およびオフ時の双方において波長選択フィルタによって遮断されてしまい、受信側で信号光を受信できなくなるといった不都合が生じる。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる制御回路および温度制御方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による制御回路は、第１の波長で第１の光強度の状態と第２の波長で第２の光強度の状態との間で変調された信号光を出力する半導体レーザ素子、半導体レーザ素子と光学的に結合され、ほぼ同様の透過率を与える第１および第２の閾値波長を有し波長に対して周期的な透過特性を示すフィルタ、半導体レーザ素子の温度を調整するための第１のペルチェ素子、フィルタの温度を調整するための第２のペルチェ素子、並びに半導体レーザ素子およびフィルタの周囲温度を検出する温度検出手段を含む光送信器における半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を制御するための制御回路であって、第１のペルチェ素子に第１の電力を供給する第１のペルチェ駆動部と、第２のペルチェ素子に第２の電力を供給する第２のペルチェ駆動部と、を備え、周囲温度が所定温度を超えていない第１の場合には、半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を、第１の閾値波長が第１の波長と第２の波長との間に位置するように第１および第２の電力を制御し、周囲温度が所定温度を超えている第２の場合には、半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を、第２の閾値波長が第１の波長と第２の波長との間に位置するように第１および第２の電力を制御することを特徴とする。

また、本発明による温度制御方法は、第１の波長で第１の光強度の状態と、第２の波長で第２の光強度の状態との間で変調された信号光を出力する半導体レーザ素子、半導体レーザ素子と光学的に結合され、ほぼ同様の透過率を与える第１および第２の閾値波長を有し波長に対して周期的な透過特性を示すフィルタ、半導体レーザ素子の温度を調整するための第１のペルチェ素子、およびフィルタの温度を調整するための第２のペルチェ素子を含む光送信器における半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を制御する方法であって、半導体レーザ素子およびフィルタの周囲温度が所定温度を超えていない第１の場合には、第１の閾値波長が第１の波長と第２の波長との間に位置するように半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を制御し、周囲温度が所定温度を超えている第２の場合には、第２の閾値波長が第１の波長と第２の波長との間に位置するように半導体レーザ素子およびフィルタの各温度を制御することを特徴とする。

上記の制御回路および温度制御方法においては、半導体レーザ素子およびフィルタの周囲温度が所定温度を超えていない第１の場合と、周囲温度が所定温度を超えている第２の場合とで制御動作（制御方法）が異なっている。すなわち、第１の場合には、フィルタの第１の閾値波長が第１の波長と第２の波長との間に位置するように、半導体レーザ素子およびフィルタの各温度が制御される。これにより、周囲温度が比較的低い場合に、第１および第２の波長のうち何れか一方の波長の光のみを通過させるＣＭＬ技術を好適に実現できる。

また、第２の場合には、第１の閾値波長と異なる第２の閾値波長が第１の波長と第２の波長との間に位置するように、半導体レーザ素子およびフィルタの各温度が制御される。すなわち、周囲温度が比較的高温になった場合には、半導体レーザ素子の発光波長を長波長側へ変動させ、エタロンフィルタの第１の閾値波長に相当する通過帯域より長波長側の、第２の閾値波長に相当する通過帯域を用いてＣＭＬ技術を実現している。半導体レーザ素子の発光波長を長波長側へ変動させるとは、すなわち半導体レーザ素子の目標温度をより高く設定することに他ならず、第１のペルチェ素子の負荷を軽減し、その能力の範囲内で半導体レーザ素子の温度を好適に制御することが可能となる。したがって、上記した制御回路および温度制御方法によれば、広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる。

上述した制御回路は、第１および第２の場合の双方に亘ってフィルタの温度が略一定となるように第２の電力を制御してもよい。同様に、温度制御方法においては、第１および第２の場合の双方に亘ってフィルタの温度を略一定に制御してもよい。

また、前述したように、ペルチェ素子の温度制御能力には限界があり、吸熱面と放熱面との温度差が５０℃を超えると、ＬＤの温度を一定に保つことが困難となる。したがって、上述した制御回路は、周囲温度が７５℃を超えている場合に、半導体レーザ素子の温度が２５℃を超える温度に近づくように第１の電力を制御することが好ましい。同様に、上述した温度制御方法においては、周囲温度が７５℃を超えている場合に、半導体レーザ素子の温度を２５℃を超える温度に制御することが好ましい。

本発明による制御回路および温度制御方法によれば、広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による制御回路および温度制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る温度制御回路１０が搭載された光送信器１の内部構成を概略的に示すブロック図である。光送信器１は、外部から電気的な送信信号Ｔｘを受け、この送信信号Ｔｘに応じて変調された信号光Ｌを光ファイバＦに提供する。この光ファイバＦは図示しない光受信器に接続されており、該光受信器に信号光Ｌが送信される。信号光Ｌは、例えば図２に示すように、オン強度（第１の光強度）Ｐｏｎおよびオフ強度（第２の光強度）Ｐｏｆｆでもって強度変調される。

図１を参照すると、光送信器１は、ＣＭＬ光源装置３、レーザ駆動回路５、および温度制御回路１０を備えている。ＣＭＬ光源装置３は、信号光Ｌを生成するためのモジュールであり、半導体レーザ素子（ＬＤ）３１を含んで構成されている。ＬＤ３１は光ファイバＦの一端と光結合されており、ＬＤ３１から出射された信号光Ｌは光ファイバＦに入射する。

レーザ駆動回路５は、ＣＭＬ光源装置３のＬＤ３１に駆動電流Ｉｄを供給するための回路である。レーザ駆動回路５は、光送信器１の外部から送信信号Ｔｘを受け、この送信信号Ｔｘに応じた変調電流を生成する。また、レーザ駆動回路５は、定電流であるバイアス電流を生成する。レーザ駆動回路５は、これらの変調電流およびバイアス電流を重ね合わせることにより、駆動電流Ｉｄを生成する。また、レーザ駆動回路５は、信号光Ｌの強度（または、その相当値）を検出するフォトダイオード（以下、ＰＤという）から強度信号Ｓｐｄを受け、この強度信号Ｓｐｄに基づいて、信号光Ｌの強度が一定値に近づくように駆動電流Ｉｄの大きさを制御する。

温度制御回路１０は、ＣＭＬ光源装置３に含まれるＬＤ３１およびエタロンフィルタ（後述）の温度を所定温度に制御するための制御回路である。ＣＭＬ光源装置３の内部には図示しない２つのペルチェ素子（熱電変換素子）が設けられており、温度制御回路１０は、これらのペルチェ素子に電力（ペルチェ電流Ｉｐ１，Ｉｐ２）を供給することによりＬＤ３１およびエタロンフィルタの温度を制御する。また、温度制御回路１０は、ＣＭＬ光源装置３の内部に設けられたサーミスタなどの温度検知素子から温度信号Ｓｔ１，Ｓｔ２を受け、これらの温度信号Ｓｔ１，Ｓｔ２に基づいて、ペルチェ電流Ｉｐ１，Ｉｐ２の向きおよび大きさを制御する。

図３は、ＣＭＬ光源装置３の内部構成を具体的に示す図である。図３を参照すると、ＣＭＬ光源装置３は、ＬＤ３１、第１のレンズ３２ａ、第２のレンズ３２ｂ、第１のアイソレータ３３ａ、第２のアイソレータ３３ｂ、ビームスプリッタ３４、エタロンフィルタ３５、および出射窓３６を有している。また、ＣＭＬ光源装置３は、第１のペルチェ素子３７ａ、第２のペルチェ素子３７ｂ、温度検知素子３８ａ，３８ｂ、およびＰＤ３９ａ，３９ｂを有している。ＣＭＬ光源装置３が有するこれらの構成要素は、全てケース３０の内部に収容されている。

ＬＤ３１は、いわゆる分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）の半導体レーザ素子である。ＬＤ３１の光出射面３１ａは、第１のレンズ３２ａおよび第１のアイソレータ３３ａを介してビームスプリッタ３４の一方の面３４ａと光学的に結合されている。ビームスプリッタ３４の一方の面３４ａはＰＤ３９ａとも光結合されており、ＬＤ３１から出射された信号光Ｌの一部は、ビームスプリッタ３４により反射されてＰＤ３９ａに入射する。ＰＤ３９ａは、入射した光の強度に応じた信号（強度信号）Ｓｐｄを生成し、強度信号Ｓｐｄを図１に示したレーザ駆動回路５に提供する。

ビームスプリッタ３４の他方の面３４ｂはエタロンフィルタ３５（ＯＳＲ：Optical Spectral Reshaping）に光結合されており、ビームスプリッタ３４を透過した信号光Ｌはエタロンフィルタ３５に入射する。そして、信号光Ｌのうち或る波長帯域の成分のみがエタロンフィルタ３５を通過し、第２のレンズ３２ｂ、出射窓３６、および第２のアイソレータ３３ｂを通ってファイバスタブ４１に達する。ファイバスタブ４１には光ファイバＦ（図１参照）が接続され、エタロンフィルタ３５を通過した信号光Ｌは光ファイバＦに入射する。なお、ビームスプリッタ３４の他方の面３４ｂはＰＤ３９ｂとも光結合されており、信号光Ｌのうちエタロンフィルタ３５によって反射された波長成分の光は、ビームスプリッタ３４を介してＰＤ３９ｂに入射する。

第１のペルチェ素子３７ａは、ＬＤ３１の温度を調整するための構成要素である。第１のペルチェ素子３７ａの一方の面上にはＬＤ３１が配置されており、第１のペルチェ素子３７ａの一方の面と他方の面との間で吸放熱が行われることによってＬＤ３１の温度が調整される。第１のペルチェ素子３７ａの吸放熱動作は、図１に示した温度制御回路１０から提供されるペルチェ電流Ｉｐ１により制御される。また、ＬＤ３１の近傍には温度検知素子３８ａが配置されており、温度検知素子３８ａからは、ＬＤ３１の現在の温度を示す温度信号Ｓｔ１（図１参照）が温度制御回路１０へ出力される。

第２のペルチェ素子３７ｂは、エタロンフィルタ３５の温度を調整するための構成要素である。第２のペルチェ素子３７ｂの一方の面上にはエタロンフィルタ３５が配置されており、第２のペルチェ素子３７ｂの一方の面と他方の面との間で吸放熱が行われることによってエタロンフィルタ３５の温度が調整される。第２のペルチェ素子３７ｂの吸放熱動作は、図１に示した温度制御回路１０から提供されるペルチェ電流Ｉｐ２により制御される。また、エタロンフィルタ３５の近傍には温度検知素子３８ｂが配置されており、温度検知素子３８ｂからは、エタロンフィルタ３５の現在の温度を示す温度信号Ｓｔ２（図１参照）が温度制御回路１０へ出力される。

図４は、温度制御回路１０の内部構成を示す図である。なお、図４にはＣＭＬ光源装置３も併せて示されている。図４を参照すると、温度制御回路１０は、第１のペルチェ駆動部１１、第２のペルチェ駆動部１２、温度検知素子１３、および制御部１４を有している。第１のペルチェ駆動部１１は、ＬＤ３１の温度を調整する第１のペルチェ素子３７ａにペルチェ電流Ｉｐ１（第１の電力）を供給する。第２のペルチェ駆動部１２は、エタロンフィルタ３５の温度を調整する第２のペルチェ素子３７ｂにペルチェ電流Ｉｐ２（第２の電力）を供給する。温度検知素子１３は、本実施形態における温度検出手段であり、ＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の周囲温度またはその相当温度（本実施形態では光送信器１の周囲温度）を検出する。制御部１４は、ペルチェ電流Ｉｐ１およびＩｐ２の大きさを制御することにより、ＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の温度を制御する。

第１のペルチェ駆動部１１は、ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１１１と、差動増幅器１１２と、自動温度制御（ＡＴＣ：Auto Temperature Control）回路１１３とを含む。ＤＡＣ１１１は、制御部１４から提供されたＬＤ３１の目標温度に関する信号（目標信号Ｓｔ０１）をディジタル信号からアナログ信号へ変換して差動増幅器１１２へ提供する。差動増幅器１１２は、温度検知素子３８ａから提供された温度信号Ｓｔ１と目標信号Ｓｔ０１との差を生成し、ＡＴＣ回路１１３へ提供する。ＡＴＣ回路１１３は、温度信号Ｓｔ１と目標信号Ｓｔ０１との差がゼロに近づくようにペルチェ電流Ｉｐ１を生成し、第１のペルチェ素子３７ａに供給する。

第２のペルチェ駆動部１２は、ＤＡＣ１２１と、差動増幅器１２２と、ＡＴＣ回路１２３とを含む。ＤＡＣ１２１は、制御部１４から提供されたエタロンフィルタ３５の目標温度に関する信号（目標信号Ｓｔ０２）をディジタル信号からアナログ信号へ変換して差動増幅器１２２へ提供する。差動増幅器１２２は、温度検知素子３８ｂから提供された温度信号Ｓｔ２と目標信号Ｓｔ０２との差を生成し、ＡＴＣ回路１２３へ提供する。ＡＴＣ回路１２３は、温度信号Ｓｔ２と目標信号Ｓｔ０２との差がゼロに近づくようにペルチェ電流Ｉｐ２を生成し、第２のペルチェ素子３７ｂに供給する。

温度検知素子１３は、光送信器１の図示しないケース（筐体）に近接して配置されており、光送信器１のケースの温度を、ＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の周囲温度に相当する温度として検出する。温度検知素子１３は、光送信器１のケース温度を示す温度信号Ｓｔ３を制御部１４へ提供する。

制御部１４は、例えば、所定のプログラムを格納したメモリと、該所定のプログラムを読み出して実行するＣＰＵとを含むディジタル演算処理回路からなる。制御部１４は、温度検知素子１３から提供された温度信号Ｓｔ３に基づいて、ＬＤ３１の目標温度（目標信号Ｓｔ０１）およびエタロンフィルタ３５の目標温度（目標信号Ｓｔ０２）を設定する。

ここで、一般的なＣＭＬ技術について詳細に説明し、その問題点を述べたのち、本実施形態に係る温度制御方法について、温度制御回路１０の動作とともに説明する。

ＣＭＬ技術とは、波長チャープによる信号波形の変化を抑えるための技術であり、直接変調されたＬＤの光信号に、急峻な閾値特性を有する光学フィルタ（例えばエタロンフィルタ）を通過させ、オフレベルの際の発光波長を遮断することで、オンレベルの際の発光波長のみを光送信器から出力させる技術である。

図５は、ＣＭＬ技術を説明するための図である。光送信器においてＬＤを直接変調すると、駆動電流がオンレベルの時とオフレベルの時とでＬＤの活性媒質内のキャリア密度が異なり、発光波長が僅かにシフトする。すなわち、図５（ａ）に示すように、信号光がハイレベル（強度ＰＨ、第１の光強度）のときには信号光のピーク波長は所定値λ_Ｈ（第１の波長）となるが、信号光がローレベル（強度ＰＬ、第２の光強度）のときには信号光のピーク波長はλ_Ｈより短いλ_Ｌ（第２の波長）へシフトする。このような状態の信号光を光ファイバを介して受信すると、光ファイバが有する分散によって波長λ_Ｈの光と波長λ_Ｌの光とが重なってしまい、受信波形に乱れが生じることとなる。

そこで、ＣＭＬ技術ではエタロンフィルタ等の光学フィルタを利用して、信号光から波長λ_Ｌ付近の光をカットする。すなわち、図５（ｂ）に示すように、光学フィルタの通過帯域Ａと非通過帯域との境界である閾値波長λ_Ｃの両側に波長λ_Ｈおよび波長λ_Ｌがそれぞれ設定されるように、光学フィルタの特性と信号光の波長との相互関係を調整する。これにより、信号光のうち波長λ_Ｌの光（すなわちローレベル時の光）は光学フィルタにより遮断され、波長λ_Ｈの光（すなわちハイレベル時の光）のみが光学フィルタを通過する。したがって、光学フィルタの通過光を光送信器の出力とすれば、図５（ｃ）に示すように、光送信器から出力される信号光からシフト分が取り除かれ、波長チャープを好適に抑えることができる。

なお、図５（ｂ）では、波長λ_Ｈが通過帯域Ａに含まれ、波長λ_Ｌが通過帯域Ａから除外されるように相互関係が設定されているが、波長λ_Ｈが通過帯域Ａから除外され、波長λ_Ｌが通過帯域Ａに含まれるように相互関係が設定されてもよい。この場合、光学フィルタの反射光を光送信器の出力とすることにより、図５（ｃ）に示すような特性を有する信号光を光送信器から出力することができる。

しかしながら、従来のＣＭＬ技術には次の問題点がある。すなわち、ＣＭＬ技術においてチャープの影響を効果的に抑制するためには、ＬＤの発光波長と光学フィルタの閾値波長との相互関係を精度よく制御する必要がある。そして、これらの波長は温度によって変動するので、精度よく制御するために、ＬＤおよび光学フィルタのそれぞれにペルチェ素子が設けられる（図２に示した第１のペルチェ素子３７ａおよび第２のペルチェ素子３７ｂがこれに相当する）。しかし、ペルチェ素子の温度制御能力には限界があり、例えば吸熱面と放熱面との温度差が５０℃を超えると、制御対象物（ＬＤおよび光学フィルタ）の温度を一定範囲に保つことが困難となる。図６は、このような状況の一例を説明するための図であり、横軸は光送信器のケース温度を示しており、縦軸はペルチェ電流の大きさを示している。例えばＬＤの目標温度が２５℃である場合、ケース温度が７５℃を超えるとペルチェ電流の必要量は急激に増加する。このことは、ＬＤの温度を目標温度に近づけることが困難な状況であることを示している。したがって、従来のＣＭＬ技術においては、ＬＤおよび光学フィルタの周囲温度が大きく変化した場合、ＬＤの発光波長と光学フィルタの閾値波長との相互関係を適切に制御することが困難となる。

そこで、本実施形態の温度制御回路１０および温度制御方法においては、上述した問題点を解決するために以下に述べる三つの動作（方法）のうち何れかを実行する。

［ＬＤ目標温度を変更する］
まず、ＬＤ３１の目標温度を変更する動作（方法）について説明する。図７は、ＬＤおよびエタロンフィルタからなる光学系において、ＬＤの発光波長を変化させたときのエタロンフィルタの通過光の強度を示すグラフの一例を示す図であり、エタロンフィルタの光学特性の典型例を表している。図７に示すように、エタロンフィルタは、波長に対して周期的な透過特性を示す。すなわち、エタロンフィルタは、複数の通過帯域Ｂを有しており、これら複数の通過帯域Ｂが一定の波長間隔λ_Ｂでもって存在している。本動作（方法）においては、温度制御回路１０の制御部１４（図４参照）が、次のようにしてＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の各温度を制御する。すなわち、温度検知素子１３により検知される光送信器１のケース温度が所定温度を超えていない場合（第１の場合）には、図８に示すグラフＧ１のように、エタロンフィルタ３５の第１の閾値波長λ_Ｃ１が、信号光Ｌのオン強度時のピーク波長λ_Ｈとオフ強度時のピーク波長λ_Ｌとの間に位置するように、ＬＤ３１の温度を制御する。そして、光送信器１のケース温度が所定温度を超えている場合（第２の場合）には、図８に示すグラフＧ２のように、第１の閾値波長λ_Ｃ１とほぼ同様の透過率を与える第２の閾値波長λ_Ｃ２（＞λ_Ｃ１）が波長λ_Ｈと波長λ_Ｌとの間に位置するように、ＬＤ３１の目標温度をより高温側に変更する。なお、本動作（方法）においては、第１および第２の場合の双方に亘ってエタロンフィルタ３５の温度は略一定に制御される。

ここで、図９は、ＬＤおよびエタロンフィルタからなる光学系において、ＬＤの温度を変化させたときのエタロンフィルタの通過光の強度を示すグラフの一例である。図９を参照すると、ＬＤの温度が１５．５℃、２０．５℃、および２５．５℃（５℃間隔）のときに通過光の強度が極大となっており、これらのＬＤ温度に相当する発光波長においてエタロンフィルタの透過率がピークとなっていることがわかる。例えばこの光学系に上述の動作（方法）を適用する場合には、光送信器のケース温度が所定温度を超えた際に、ＬＤの目標温度を５×ｎ［℃］（ｎは自然数）上昇させるとよい。

上述の動作（方法）によれば、光送信器１のケース温度が所定温度を超えていない第１の場合には、第１の閾値波長λ_Ｃ１を境に信号光Ｌのオフレベル時の波長成分がエタロンフィルタ３５により遮断され、オンレベル時の波長成分がエタロンフィルタ３５を通過することができるので、ＣＭＬ技術を好適に実現できる。また、光送信器１のケース温度が所定温度を超えている第２の場合、すなわち光送信器１の周囲温度が大きく変化した場合には、ＬＤ３１の発光波長を長波長側へ変動させ、エタロンフィルタ３５の第１の閾値波長λ_Ｃ１に相当する通過帯域より長波長側の、第２の閾値波長λ_Ｃ２に相当する通過帯域を用いてＣＭＬ技術を実現している。ＬＤ３１の発光波長を長波長側へ変動させるとは、すなわちＬＤ３１の目標温度をより高く設定することに他ならず、第１のペルチェ素子３７ａの負荷を軽減し、その能力の範囲内でＬＤ３１の温度を好適に制御することが可能となる。したがって、この温度制御回路１０および温度制御方法によれば、広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる。また、ペルチェ電流の節減、ＡＴＣ回路１１３および１２３の誤動作の防止、ＬＤ３１の誤動作や故障の防止、並びにＬＤ３１の発光特性の維持にも寄与できる。

なお、ペルチェ素子は、その吸熱面と放熱面との温度差が５０℃を超えると、ＬＤの温度を一定に保つことが困難となる。したがって、上述した動作（方法）において、周囲温度が７５℃を超えている場合には、ＬＤ３１の目標温度を２５℃を超える温度に設定することが好ましい。

［エタロン目標温度を変更する］
続いて、エタロンフィルタ３５の目標温度を変更する動作（方法）について説明する。本動作（方法）においては、制御部１４（図４参照）が、次のようにしてＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の各温度を制御する。すなわち、光送信器１のケース温度が所定温度を超えていない第１の場合には、図１０（ａ）に示すように、エタロンフィルタ３５の或る閾値波長λ_Ｃが、信号光Ｌのオン強度時のピーク波長λ_Ｈとオフ強度時のピーク波長λ_Ｌとの間に位置するように、エタロンフィルタ３５の温度を制御する。そして、光送信器１のケース温度が所定温度を超えている第２の場合には、図１０（ｂ）に示すように、エタロンフィルタ３５の目標温度をより高温側に変更することにより、当該通過帯域Ｂ１をより長波長側へ移動させると共に、当該通過帯域Ｂ１より短波長側の通過帯域Ｂ２を、その境界が上記閾値波長λ_Ｃと略一致するように長波長側へ移動させる。なお、本動作（方法）においては、第１および第２の場合の双方に亘ってＬＤ３１の温度は略一定に制御される。

上述の動作（方法）によれば、光送信器１のケース温度に応じてエタロンフィルタ３５の目標温度を変更することにより、第２のペルチェ素子３７ｂの負荷を軽減し、その能力の範囲内でエタロンフィルタ３５の温度を好適に制御することが可能となる。したがって、この温度制御回路１０および温度制御方法によれば、広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる。

［ＬＤ目標温度およびエタロン目標温度の双方を変更する］
続いて、ＬＤ３１の目標温度およびエタロンフィルタ３５の目標温度の双方を変更する動作（方法）について説明する。本動作（方法）においては、制御部１４（図４参照）が、次のようにしてＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の各温度を制御する。すなわち、光送信器１のケース温度が所定温度を超えていない第１の場合には、図１１（ａ）に示すように、エタロンフィルタ３５の第１の閾値波長λ_Ｃ１が、信号光Ｌのオン強度時のピーク波長λ_Ｈとオフ強度時のピーク波長λ_Ｌとの間に位置するように、ＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の各温度を制御する。そして、光送信器１のケース温度が所定温度を超えている第２の場合には、図１１（ｂ）に示すように、第２の閾値波長λ_Ｃ２（＞λ_Ｃ１、但し図８に示した波長λ_Ｃ２と値が異なってもよい）が波長λ_Ｈと波長λ_Ｌとの間に位置するようにＬＤ３１の目標温度をより高温側に変更すると共に、エタロンフィルタ３５の目標温度をより高温側に変更することにより、当該通過帯域Ｂ１を、その境界が上記閾値波長λ_Ｃ２と一致するように長波長側へ移動させる。

上述の動作（方法）によれば、光送信器１のケース温度に応じてＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の各目標温度を変更することにより、第１のペルチェ素子３７ａおよび第２のペルチェ素子３７ｂの負荷を軽減し、その能力の範囲内でＬＤ３１およびエタロンフィルタ３５の温度を好適に制御することが可能となる。したがって、この温度制御回路１０および温度制御方法によれば、広い周囲温度範囲においてＣＭＬ技術を好適に実現できる。

本発明による制御回路および温度制御方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では制御部１４がメモリおよびＣＰＵを含むディジタル演算処理回路からなる場合を例示したが、本発明に係る制御部はこれに限らず、メモリやＣＰＵを含まないディジタル回路やアナログ回路によって構成されてもよい。また、上記実施形態では、第１及び第２のペルチェ素子それぞれに供給される第１及び第２の電力を一つの制御部が制御しているが、本発明に係る制御部は、第１の電力を制御する部分と第２の電力を制御する部分とに分かれていてもよい。

図１は、実施形態に係る温度制御回路が搭載された光送信器の内部構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、信号光Ｌの波形の一例を示す図である。 図３は、ＣＭＬ光源装置の内部構成を具体的に示す図である。 図４は、温度制御回路の内部構成を示す図である。 図５は、ＣＭＬ技術を説明するための図である。 図６は、ペルチェ素子の温度制御能力の限界を説明するための図である。 図７は、ＬＤおよびエタロンフィルタからなる光学系において、ＬＤの発光波長を変化させたときのエタロンフィルタの通過光の強度を示すグラフの一例を示す図であり、エタロンフィルタの光学特性の典型例を表している。 図８は、温度制御回路の動作および温度制御方法の一つ（ＬＤ目標温度を変更する）を説明するための図である。 図９は、ＬＤおよびエタロンフィルタからなる光学系において、ＬＤの温度を変化させたときのエタロンフィルタの通過光の強度を示すグラフの一例である。 図１０（ａ），（ｂ）は、温度制御回路の動作および温度制御方法の他の一つ（エタロン目標温度を変更する）を説明するための図である。 図１１（ａ），（ｂ）は、温度制御回路の動作および温度制御方法の更に他の一つ（ＬＤ目標温度およびエタロン目標温度の双方を変更する）を説明するための図である。

符号の説明

１…光送信器、３…ＣＭＬ光源装置、５…レーザ駆動回路、１０…温度制御回路、１１…第１のペルチェ駆動部、１２…第２のペルチェ駆動部、１３，３８ａ，３８ｂ…温度検知素子、１４…制御部、３０…ケース、３２ａ，３２ｂ…レンズ、３３ａ，３３ｂ…アイソレータ、３４…ビームスプリッタ、３５…エタロンフィルタ、３６…出射窓、３７ａ…第１のペルチェ素子、３７ｂ…第２のペルチェ素子、４１…ファイバスタブ、１１２，１２２…差動増幅器、１１３，１２３…ＡＴＣ回路、Ｉｄ…駆動電流、Ｉｐ１，Ｉｐ２…ペルチェ電流、Ｌ…信号光、Ｔｘ…送信信号。

Claims (6)

1. 第１の波長で第１の光強度の状態と第２の波長で第２の光強度の状態との間で変調された信号光を出力する半導体レーザ素子、前記半導体レーザ素子と光学的に結合され、ほぼ同様の透過率を与える第１および第２の閾値波長を有し波長に対して周期的な透過特性を示すフィルタ、前記半導体レーザ素子の温度を調整するための第１のペルチェ素子、前記フィルタの温度を調整するための第２のペルチェ素子、並びに前記半導体レーザ素子および前記フィルタの周囲温度を検出する温度検出手段を含む光送信器における前記半導体レーザ素子および前記フィルタの各温度を制御するための制御回路であって、
   前記第１のペルチェ素子に第１の電力を供給する第１のペルチェ駆動部と、
   前記第２のペルチェ素子に第２の電力を供給する第２のペルチェ駆動部と、
   を備え、
   前記周囲温度が所定温度を超えていない第１の場合には、前記半導体レーザ素子および前記フィルタの各温度を、前記第１の閾値波長が前記第１の波長と前記第２の波長との間に位置するように前記第１および第２の電力を制御し、
   前記周囲温度が前記所定温度を超えている第２の場合には、前記半導体レーザ素子および前記フィルタの各温度を、前記第２の閾値波長が前記第１の波長と前記第２の波長との間に位置するように前記第１および第２の電力を制御することを特徴とする、制御回路。
2. 前記第１および第２の場合の双方に亘って前記フィルタの温度が略一定となるように前記第２の電力を制御することを特徴とする、請求項１に記載の制御回路。
3. 前記周囲温度が７５℃を超えている場合に、前記半導体レーザ素子の温度が２５℃を超える温度に近づくように前記第１の電力を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御回路。
4. 第１の波長で第１の光強度の状態と、第２の波長で第２の光強度の状態との間で変調された信号光を出力する半導体レーザ素子、前記半導体レーザ素子と光学的に結合され、ほぼ同様の透過率を与える第１および第２の閾値波長を有し波長に対して周期的な透過特性を示すフィルタ、前記半導体レーザ素子の温度を調整するための第１のペルチェ素子、および前記フィルタの温度を調整するための第２のペルチェ素子を含む光送信器における前記半導体レーザ素子および前記フィルタの各温度を制御する方法であって、
   前記半導体レーザ素子および前記フィルタの周囲温度が所定温度を超えていない第１の場合には、前記第１の閾値波長が前記第１の波長と前記第２の波長との間に位置するように前記半導体レーザ素子および前記フィルタの各温度を制御し、
   前記周囲温度が前記所定温度を超えている第２の場合には、前記第２の閾値波長が前記第１の波長と前記第２の波長との間に位置するように前記半導体レーザ素子および前記フィルタの各温度を制御することを特徴とする、温度制御方法。
5. 前記第１および第２の場合の双方に亘って前記フィルタの温度を略一定に制御することを特徴とする、請求項４に記載の温度制御方法。
6. 前記周囲温度が７５℃を超えている場合に、前記半導体レーザ素子の温度を２５℃を超える温度に制御することを特徴とする、請求項４または５に記載の温度制御方法。

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