JP2009141109A - 光デバイスの制御方法および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ高速、高精度で光デバイスの制御を行うことができる光デバイスの制御方法および光モジュールを提供すること。
【解決手段】光デバイスの光学特性を所定の制御分解能で制御する光デバイスの制御方法であって、前記光学特性を検出する検出工程と、前記光学特性の時定数よりも短いサンプリング周期および前記制御分解能よりも低い分解能で、前記検出した光学特性の検出値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換工程と、前記変換した検出値と制御目標値とに基づいて、前記制御分解能と同一以上の演算分解能および前記時定数よりも短い演算周期で制御値を演算するデジタル演算工程と、前記演算した制御値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換工程と、前記変換した制御値に基づいて前記光デバイスを制御する制御工程と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタル制御を用いた光デバイスの制御方法および光モジュールに関するものである。

従来、光通信分野で用いられる光モジュールにおいて、デジタル制御を用いて光デバイスの光学特性を制御するものが開示されている（たとえば特許文献１、２参照）。たとえば、特許文献１に開示される光増幅器は、入出力する光信号の強度をそれぞれデジタル信号に変換し、これらのデジタル信号をデジタル演算し、演算結果を光出力として励起レーザから出力することによって、利得や出力を一定に制御している。

このように、デジタル制御を用いた制御方法によれば、アナログ制御を用いた場合に比べて、比較的簡単な制御装置の構成で、光デバイスの制御方式を変更したり、付加機能を追加したりすることができる。

特開２００２−３１４４８８号公報 特開２００７−９４３９５号公報

ところで、従来のデジタル制御を用いた光モジュールにおいては、たとえば光信号の検出精度を十分に確保するため、光信号の強度をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器として、光デバイスに要求される制御分解能と同等の分解能を有するものを用いていた。したがって、光デバイスを高精度に制御するためには、より高分解能のＡ／Ｄ変換器を用いる必要があった。

しかしながら、Ａ／Ｄ変換器は、高分解能になるほど高価になるとともに、Ａ／Ｄ変換処理に時間が掛かるようになる。したがって、低コストかつ高速、高精度で光デバイスの制御を行うことは困難であるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ高速、高精度で光デバイスの制御を行うことができる光デバイスの制御方法および光モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光デバイスの制御方法は、光デバイスの光学特性を所定の制御分解能で制御する光デバイスの制御方法であって、前記光学特性を検出する検出工程と、前記光学特性の時定数よりも短いサンプリング周期および前記制御分解能よりも低い分解能で、前記検出した光学特性の検出値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換工程と、前記変換した検出値と制御目標値とに基づいて、前記制御分解能と同一以上の演算分解能および前記時定数よりも短い演算周期で制御値を演算するデジタル演算工程と、前記演算した制御値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換工程と、前記変換した制御値に基づいて前記光デバイスを制御する制御工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、所定の光学特性を有する光デバイスと、前記光デバイスの前記光学特性を所定の制御分解能で制御する制御装置とを備えた光モジュールであって、前記制御装置は、前記光学特性を検出する検出手段と、前記光学特性の時定数よりも短いサンプリング周期および前記制御分解能よりも低い分解能を有し、前記検出した光学特性の検出値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記制御分解能と同一以上の演算分解能および前記時定数よりも短い演算周期を有し、前記変換した検出値と制御目標値とを受け付け、前記検出値と前記制御目標値とに基づいて制御値を演算して出力するデジタル演算手段と、前記演算した制御値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換手段と、前記変換した制御値を受け付け、前記制御値に基づいて前記光デバイスを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記デジタル演算手段は、前記変換した検出値の前記時定数以上の時間における平均値を前記光学特性の検出値として出力することを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記光デバイスは、光増幅手段であり、前記光学特性は、前記光増幅手段の利得または出力光強度であることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記光デバイスは、光減衰手段であり、前記光学特性は、前記光減衰手段の減衰量であることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記光デバイスは、波長可変光源であり、前記光学特性は、前記波長可変光源が出力する光の波長であることを特徴とする。

本発明によれば、光デバイスは、該光デバイスの時定数の時間における、光学特性の検出値およびこれに基づいて演算した制御値の平均値によって制御されるので、高速、低分解能であって安価のＡ／Ｄ変換手段を用いて、より高精度の制御ができる。その結果、低コストかつ高速、高精度で光デバイスの制御を行うことができるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光デバイスの制御方法および光モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各実施の形態において、同一または対応する部分については適宜同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る光モジュールについて説明する。本実施の形態１に係る光モジュールは、光デバイスとして光増幅デバイスを備え、光増幅デバイスの光学特性である利得を所定の制御分解能で目標値になるように制御するものである。

図１は、本実施の形態１に係る光モジュールのブロック図である。図１に示すように、この光モジュール１００は、光増幅デバイス１１と、光カプラ２１、２２と、制御ユニットＣ１とを備える。制御ユニットＣ１は、検出装置３、４と、演算制御装置５とを備える。検出装置３は、電気信号を増幅する増幅器を備えたフォトディテクタ（ＰＤ）３１と、Ａ／Ｄ変換器３２とを備える。検出装置４は、電気信号を増幅する増幅器を備えたＰＤ４１と、Ａ／Ｄ変換器４２とを備える。演算制御装置５は、デジタル演算（以下、単に演算と略記する）を行なう演算装置５１と、Ｄ／Ａ変換器５２と、励起レーザ装置５３とを備える。

以下、各構成要素について説明する。光カプラ２１は、紙面左方から入力した光信号を光増幅デバイス１１に出力するとともに、光信号の一部を１：１０〜１００程度の分岐比で分岐して、検出装置３に入力する。光増幅デバイス１１は、たとえばエルビウムのイオンを添加した増幅光ファイバ１１１と、増幅光ファイバ１１１に励起光を合波するための光カプラ１１２とを備え、光カプラ１１２が、励起レーザ装置５３が出力した励起光を増幅光ファイバ１１１に合波することによって増幅光ファイバ１１１が励起され、光カプラ２１から入力した光信号を増幅して光カプラ２２へ出力する。光増幅デバイス１１の利得は、励起光の強度の変化に対して、所定の時定数で応答する。光信号の波長は、光増幅デバイス１１の増幅帯域内の波長であり、たとえば１５３０〜１６２０ｎｍである。光カプラ２２は、光増幅デバイス１１から入力した出力光信号を紙面右側に出力するとともに、出力光信号の一部を１：１０〜１００程度の分岐比で分岐して、検出装置４に入力する。

一方、検出装置３において、ＰＤ３１は、光カプラ２１が分岐した光信号の一部を受光して電気信号に変換、増幅し、光カプラ２１に入力した入力光信号の強度の検出値に応じた電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３２は、ＰＤ３１が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、演算制御装置５に出力する。

一方、検出装置４において、ＰＤ４１は、光カプラ２２が分岐した出力光信号の一部を受光して電気信号に変換、増幅し、光カプラ２２から出力する出力光信号の強度の検出値に応じた電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、ＰＤ４１が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、演算制御装置５に出力する。

演算制御装置５において、演算装置５１は、Ａ／Ｄ変換器４２から入力したデジタル信号が示す検出値と、Ａ／Ｄ変換器３２から入力したデジタル信号が示す検出値とを受け付け、これらの差分から、光カプラ２１、２２の挿入損失も含めた光増幅デバイス１１の利得の検出値を演算する。そして、演算した利得の検出値と、入力された利得の制御目標値との差分を演算し、さらにこの差分がゼロとなるような制御値を演算し、この制御値をデジタル制御信号として出力する。なお、デジタル制御信号の形式は特に限定されない。

Ｄ／Ａ変換器５２は、演算装置５１が出力したデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換して出力する。励起レーザ装置５３は、増幅光ファイバ１１１を励起する励起光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザを駆動する駆動回路を備えており、Ｄ／Ａ変換器５２が出力したアナログ制御信号に基づいて、所定の強度の励起光を光増幅デバイス１１に出力する。なお、Ｄ／Ａ変換器５２として、サンプリング周期が光増幅デバイス１１の利得の時定数よりも短く、分解能がＡ／Ｄ変換器３２の分解能以上のものを用いている。また、励起レーザ装置５３として、時定数が光増幅デバイス１１の利得の時定数よりも短いものを用いている。

そして、上述したように、光増幅デバイス１１において、光カプラ１１２は、励起レーザ装置５３が出力した励起光を増幅光ファイバ１１１に合波する。その結果、増幅光ファイバ１１１は所望の利得を有するように励起される。このようなフィードバック制御を行なうことによって、光増幅デバイス１１の利得は所望の値に制御される。

図２は、図１に示す演算装置５１の具体的構成を示すブロック図である。図２に示すように、この演算装置５１は、差動回路５１１、５１２と、比例回路５１３と、積分回路５１４と、加算回路５１５とを備え、ＰＩ制御を行なうものである。この演算装置５１は以下のよう動作する。はじめに、差動回路５１１は、Ａ／Ｄ変換器４２から入力したデジタル信号が示す出力光信号の強度の検出値と、Ａ／Ｄ変換器３２から入力したデジタル信号が示す入力光信号の強度の検出値とを受け付け、これらの差分を演算し、利得の検出値として出力する。すなわち、差動回路５１１は、出力光信号の強度の検出値をＰout[ｄＢｍ]、入力光信号の強度の検出値をＰin[ｄＢｍ]、利得の検出値をＧmon[ｄＢ]とすると、式（１）にしたがって演算を行なう。

Ｇmon＝Ｐout−Ｐin （１）

つぎに、差動回路５１２は、利得の検出値と、入力された利得の制御目標値とを受け付け、これらの差分を演算し、利得偏差として出力する。すなわち、利得の制御目標値をＧset、利得偏差をΔＧとすると、差動回路５１２は、式（２）にしたがって演算を行なう。

ΔＧ＝Ｇset−Ｇmon （２）

つぎに、比例回路５１３は、利得偏差ΔＧを受け付け、これに比例係数ｋを積算する演算を行ない、値Ｔ１として出力する。また、積分回路５１４は、利得偏差ΔＧを受け付け、ΔＧを積分係数γを用いた所定の式で積分する演算を行い、値Ｔ２として出力する。さらに、加算回路５１５は、値Ｔ１とＴ２とを受け付け、これらを加算する演算を行い、制御値である値Ｔ３としてＤ／Ａ変換器５２へ出力する。すなわち、比例回路５１３、積分回路５１４、加算回路５１５は、それぞれ式（３）〜（５）にしたがって演算を行なう。

Ｔ１＝ｋ・ΔＧ （３）
Ｔ２＝γ∫ΔＧdt （４）
Ｔ３＝ｋ・ΔＧ＋γ∫ΔＧdt （５）

光増幅デバイス１１が所望の利得になっている場合、利得の検出値と制御目標値が等しく、ΔＧが０となるので、値Ｔ１＝０となり、値Ｔ２は所定の一定値Ｔ２0となり、値Ｔ３＝Ｔ２0となる。すなわち、光増幅デバイス１１が所望の利得に制御されている場合、演算装置５１からＤ／Ａ変換器５２に出力される制御値はＴ２0となる。このとき、励起レーザ装置５３においては、この制御値Ｔ２0に対応した駆動電流Ｉ0が半導体レーザに流され、光増幅デバイス１１が所望の利得になる強度の励起光が出力される。

一方、たとえば光増幅デバイス１１が所望の利得より小さい場合、ΔＧが正の値となるとともに、Ｄ／Ａ変換器５２に出力される制御値Ｔ３は、Ｔ３＞Ｔ２0となる。このとき、励起レーザ装置５３においては、駆動電流Ｉ0よりも大きい駆動電流が半導体レーザに流され、出力される励起光の強度が小さくなり、光増幅デバイス１１の利得も小さくなる。このような動作は、光増幅デバイス１１が所望の利得になるまで繰り返される。

ここで、本実施の形態１に係る光モジュール１００においては、上述したように、光増幅デバイス１１の利得は、励起光の強度の変化に対して所定の時定数で応答するものとし、光モジュール１００は、光増幅デバイス１１の利得を所定の制御分解能で制御するものとする。

光モジュール１００においては、Ａ／Ｄ変換器３２、４２として、分解能が制御分解能よりも低いものを用いている。したがって、利得の検出値は、制御分解能よりも低い分解能になる。しかしながら、このＡ／Ｄ変換器３２、４２は、サンプリング周期が光増幅デバイス１１の時定数よりも短いものである。さらに、演算装置５１は、制御分解能と同一以上の演算分解能を有し、光増幅デバイス１１の時定数よりも短い演算周期で制御値を演算するものである。

したがって、Ａ／Ｄ変換器３２、４２は、光増幅デバイス１１の時定数の時間内において、多数の検出値を演算装置５１に出力する。一方、演算装置５１は、Ａ／Ｄ変換器３２、４２から入力した検出値に応じて、多数の制御値を演算、出力する。その結果、光増幅デバイス１１は、その遅れ特性の影響も含めて、時定数の時間における制御値の平均値によって制御されることになる。この制御値の時間的平均値は、演算装置５１の演算分解能と同程度の分解能を有するものとなる。ゆえに、光増幅デバイス１１は、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能が低くても、演算装置５１の演算分解能と同程度の分解能で制御され、所望の制御分解能を実現できる。

以下、この光モジュール１００の制御動作について、さらに具体的に説明する。以下の説明では、光モジュール１００は、光増幅デバイス１１の利得を０．２５ｄＢの制御精度で制御するものとする。また、光増幅デバイス１１の時定数を５μｓとし、Ａ／Ｄ変換器３２、４２のサンプリング周期および演算装置５１の演算周期を１０ｎｓとする。また、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能は１ｄＢ、演算装置５１の演算分解能は０．２５ｄＢであるとする。

また、この光増幅デバイス１１は、入力光信号の強度が−１９．７５ｄＢｍの場合に、励起レーザ装置５３における半導体レーザの駆動電流を２００ｍＡとすることによって、出力光信号の強度が１０．２５ｄＢｍとなり、利得が３０ｄＢになるとする。この動作状態を状態１とする。また、状態１から、入力光信号の強度を−１９．５０ｄＢｍとした場合に、駆動電流が２００ｍＡであって、出力光信号の強度が１０．２５ｄＢｍであり、利得が２９．７５ｄＢになるが、この動作状態を状態２とする。また、入力光信号の強度が−１９．５０ｄＢｍの場合は、駆動電流を２１０ｍＡとすることによって、出力光信号の強度が１０．５０ｄＢｍとなり、利得が３０ｄＢになるとする。この動作状態を状態３とする。また、入力光信号の強度が−１９．７５ｄＢｍの場合に、駆動電流を２１０ｍＡとした場合は、出力光信号の強度が１０．５０ｄＢｍとなり、利得が３０．２５ｄＢになるとする。この動作状態を状態４とする。

はじめに、利得の制御目標値Ｇsetが３０ｄＢであり、光増幅デバイス１１が状態１近傍で動作しているとする。この場合、Ａ／Ｄ変換器３２が出力する検出値Ｐinは、検出装置３において重畳されるランダムノイズの影響により、３／４の確率で「−２０ｄＢｍ」であり、１／４の確率で「−１９ｄＢｍ」である。一方、Ａ／Ｄ変換器４２が出力する検出値Ｐoutは、３／４の確率で「１０ｄＢｍ」であり、１／４の確率で「１１ｄＢｍ」である。したがって、式（１）にしたがい、利得の検出値Ｇmonは、３／１６の確率で「２９ｄＢ」、１０／１６の確率で「３０ｄＢ」、３／１６の確率で「３１ｄＢ」となる。一方、Ｇsetは３０ｄＢであるから、式（２）にしたがい、利得偏差ΔＧは、３／１６の確率で「１ｄＢ」、１０／１６の確率で「０ｄＢ」、３／１６の確率で「−１ｄＢ」となる。したがって、ΔＧの期待値は、３／１６×１＋１０／１６×０＋３／１６×（−１）＝０ｄＢである。

一方、演算装置５１は、ＰＩ制御によって、ΔＧが１ｄＢの場合、駆動電流が（２００＋αｋ）ｍＡとなる制御値を出力し、ΔＧが−１ｄＢの場合、駆動電流が（２００−αｋ）ｍＡとなる制御値を出力する。すると、駆動電流は、３／１６の確率で「（２００＋αｋ）ｍＡ」、１０／１６の確率で「２００ｍＡ」、３／１６の確率で「（２００−αｋ）ｍＡ」となる。なお、αとは、式（５）の値Ｔ３を駆動電流に対応させる係数である。

このとき、駆動電流の期待値は、３／１６×（２００＋αｋ）＋１０／１６×２００＋３／１６×（２００−αｋ）＝２００ｍＡであるから、光増幅デバイス１１の時定数の時間において、半導体レーザに流される駆動電流の平均値は２００ｍＡになる。その結果、光増幅デバイス１１は、この平均の駆動電流で半導体レーザが駆動された場合の励起光を受けたことと同じになり、動作状態は状態１が維持され、その利得は目標値である３０ｄＢに維持される。

つぎに、光増幅デバイス１１の動作状態が状態１の場合において、入力する光信号の強度が−１９．７５ｄＢｍから−１９．５０ｄＢｍに変化したとする。このとき、駆動電流が２００ｍＡのまま一定であれば、動作状態は状態１から状態２に移行する。この場合、Ａ／Ｄ変換器３２が出力する検出値Ｐinは、１／２の確率で「−２０ｄＢｍ」、１／２の確率で「−１９ｄＢｍ」に変化する。一方、出力光信号の強度は１０．２５ｄＢｍであるから、Ｄ／Ａ変換器４２が出力する検出値Ｐoutは、３／４の確率で「１０ｄＢｍ」、１／４の確率で「１１ｄＢｍ」である。したがって、式（１）にしたがい、利得の検出値Ｇmonは、３／８の確率で「２９ｄＢ」、４／８の確率で「３０ｄＢ」、１／８の確率で「３１ｄＢ」となる。また、式（２）にしたがい、利得偏差ΔＧは、３／８の確率で「１ｄＢ」、４／８の確率で「０ｄＢ」、１／８の確率で「−１ｄＢ」となる。したがって、ΔＧの期待値は、３／８×１＋４／８×０＋１／８×（−１）＝０．２５ｄＢである。

このとき、ΔＧの期待値が正の値なので、演算装置５１は、ＰＩ制御によって、平均的には駆動電流を増加するように制御値を出力するので、光増幅デバイス１１から出力する出力光信号の強度は増加する。

そして、出力光信号の強度が１０．５０ｄＢｍになると、Ａ／Ｄ変換器４２が出力する検出値Ｐoutは、１／２の確率で「１０ｄＢｍ」、１／２の確率で「１１ｄＢｍ」となる。したがって、式（１）にしたがい、利得の検出値Ｇmonは、１／４の確率で「２９ｄＢ」、２／４の確率で「３０ｄＢ」、１／４の確率で「３１ｄＢ」となる。一方、Ｇsetは３０ｄＢであるから、式（２）にしたがい、利得偏差ΔＧは、１／４の確率で「１ｄＢ」、２／４の確率で「０ｄＢ」、１／４の確率で「−１ｄＢ」となる。したがって、ΔＧの期待値は、１／４×１＋２／４×０＋１／４×（−１）＝０となるので、平均的には駆動電流の増加は停止する。

このとき、駆動電流の平均値は、光増幅デバイス１１の時定数の時間において２１０ｍＡとなっているので、光増幅デバイス１１は状態３で動作し、その利得は目標値である３０ｄＢに維持される。すなわち、この光モジュール１００においては、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能が１ｄＢであるにもかかわらず、入力する光信号の強度が０．２５ｄＢだけ変化した場合でも、利得を目標値に制御できる。

つぎに、状態１の状態において、利得の制御目標値Ｇsetを３０．２５ｄＢに変更したとする。このときは、ΔＧの期待値は０．２５ｄＢと正の値になる。したがって、上述した場合と同様に、演算装置５１は、ＰＩ制御によって、平均的には駆動電流を増加するように制御値を出力するので、光増幅デバイス１１から出力する出力光信号の強度は増加する。

そして、出力光信号の強度が１０．５０ｄＢｍになると、ΔＧの期待値は０ｄＢとなり、平均的には駆動電流の増加は停止する。このときの駆動電流の平均値は、光増幅デバイス１１の時定数の時間において２１０ｍＡとなるので、光増幅デバイス１１は状態４で動作し、その利得は目標値である３０．２５ｄＢに維持される。すなわち、この光モジュール１００においては、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能が１ｄＢであるにもかかわらず、利得の目標値が０．２５ｄＢだけ変化した場合でも、利得を目標値に制御できる。

以上説明したように、本実施の形態１に係る光モジュール１００は、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能が低くても、光増幅デバイス１１を所望の制御分解能で制御できるものとなる。このような分解能が低いＡ／Ｄ変換器であれば、より安価であるとともに、より高速に動作することができるので、光モジュール１００は、低コストかつ高速、高精度で光増幅デバイス１１の高速、高精度の制御を行うことができるものとなる。

なお、Ｘを２以上の整数とすると、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能が所望の制御分解能のＸ分の１である場合、Ａ／Ｄ変換器３２、４２のサンプリング周期および演算装置５１の演算周期が光増幅デバイス１１の時定数のＸ分の１以下であれば、光学特性において制御値が十分に平均化されるので好ましい。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光モジュールについて説明する。本実施の形態２に係る光モジュールは、実施の形態１と同様に光デバイスとして光増幅デバイスを備えるが、光増幅デバイスが出力する増幅信号光の強度を所定の制御分解能で目標値になるように制御するものである。

図３は、本実施の形態２に係る光モジュールのブロック図である。図３に示すように、この光モジュール２００は、光増幅デバイス１１と、制御ユニットＣ２とを備える。制御ユニットＣ２は、検出装置４と、演算制御装置６とを備える。演算制御装置６は、演算を行なう演算装置６１と、Ｄ／Ａ変換器６２と、励起レーザ装置６３とを備える。光カプラ２２、光増幅デバイス１１、検出装置４は、光モジュール１００のものと同様のものである。

この光モジュール２００においては、Ａ／Ｄ変換器４２は、実施の形態１と同様に、光カプラ２２から出力する出力光信号の強度の検出値に応じたデジタル信号を演算制御装置６に出力する。しかし、実施の形態１とは異なり、演算装置６１は、Ａ／Ｄ変換器４２から入力したデジタル信号が示す検出値を受け付け、この検出値と、入力された出力光強度の制御目標値との差分を演算し、さらにこの差分がゼロとなるような制御値を演算し、この制御値をデジタル制御信号として出力する。

そして、Ｄ／Ａ変換器６２は、演算装置６１が出力したデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換して出力する。励起レーザ装置６３は、Ｄ／Ａ変換器６２が出力したアナログ制御信号に基づいて、所定の強度の励起光を光増幅デバイス１１に出力する。

そして、光増幅デバイス１１において、増幅光ファイバ１１１は所望の強度の光信号を出力するように励起される。このようなフィードバック制御を行なうことによって、光増幅デバイス１１の出力光信号の強度は所望の値に制御される。

この光モジュール２００においても、演算装置６１は、制御分解能と同一以上の演算分解能を有し、光増幅デバイス１１の時定数よりも短い演算周期で制御値を演算する。したがって、この光モジュール２００は、実施の形態１と同様に、低コストかつ高速、高精度で光増幅デバイス１１の高速、高精度の制御を行うことができるものとなる。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る光モジュールについて説明する。本実施の形態３に係る光モジュールは、光デバイスとして可変光減衰器を備え、可変光減衰器の光学特性である減衰量を所定の制御分解能で目標値になるように制御するものである。

図４は、本実施の形態３に係る光モジュールのブロック図である。図３に示すように、この光モジュール３００は、可変光減衰器１２と、光カプラ２１、２２と、制御ユニットＣ３とを備える。制御ユニットＣ３は、検出装置３、４と、演算制御装置７とを備える。光カプラ２１、２２、検出装置３、４は、光モジュール１００のものと同様のものである。演算制御装置７は、演算を行なう演算装置７１と、Ｄ／Ａ変換器７２と、電流駆動回路７３とを備える。可変光減衰器１２は、駆動電流値に応じて減衰量を変化させることができるように構成されている。また、可変光減衰器１２の減衰量は、駆動電流の変化に対して、数μｓ〜数十ｍｓ程度の時定数で応答する。

この光モジュール３００は、実施例１と同様に、演算制御装置７において、演算装置７１は、Ａ／Ｄ変換器４２から入力したデジタル信号が示す検出値と、Ａ／Ｄ変換器３２から入力したデジタル信号が示す検出値とを受け付ける。しかし、実施例１とは異なり、これらの検出値の差分から、光カプラ２１、２２の挿入損失も含めた可変光減衰器１２の減衰量の検出値を演算する。そして、演算した減衰量の検出値と、入力された減衰量の制御目標値との差分を演算し、さらにこの差分がゼロとなるような制御値を演算し、この制御値をデジタル制御信号として出力する。

そして、Ｄ／Ａ変換器７２は、演算装置７１が出力したデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換して出力する。電流駆動回路７３は、Ｄ／Ａ変換器７２が出力したアナログ制御信号に基づいて、所定の駆動電流を可変光減衰器１２に出力する。

その結果、可変光減衰器１２は、所望の減衰量を有するように駆動される。このようなフィードバック制御を行なうことによって、可変光減衰器１２の減衰量は所望の値に制御される。

この光モジュール３００においても、Ａ／Ｄ変換器３２、４２の分解能は、所望の制御分解能よりも低いが、サンプリング周期が可変光減衰器１２の時定数よりも短い。また、演算装置７１は、制御分解能と同一以上の演算分解能を有し、可変光減衰器１２の時定数よりも短い演算周期で制御値を演算する。したがって、実施の形態１、２と同様に、安価で高速のＡ／Ｄ変換器４２を用いてより高精度の制御ができるので、この光モジュール３００は、低コストかつ高速、高精度で可変光減衰器１２の高速、高精度の制御を行うことができるものとなる。

なお、この光モジュール３００においては、演算装置７１が、演算した減衰量の検出値を用いて、検出値の可変光減衰器１２の時定数、またはそれ以上の時間における平均値を演算し、減衰量の検出値として出力するように構成されている。この減衰量の検出値は、たとえばこの光モジュール３００を組み込んだ光伝送装置において、各種制御に使用することができる。

また、本実施の形態３では、可変光減衰器１２は、駆動電流値に応じて減衰量を変化させることができるように構成されているが、可変光減衰器として、駆動電圧値や駆動電力値などに応じて減衰量を変化させることができるように構成されているものを用いることもできる。

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光モジュールについて説明する。本実施の形態４に係る光モジュールは、光デバイスとして波長可変光源を備え、波長可変光源の波長を所定の制御分解能で目標の波長に制御するものである。

図５は、本実施の形態４に係る光モジュールのブロック図である。図５に示すように、この光モジュール４００は、波長可変光源１３と、光カプラ２２と、光フィルタ１０と、制御ユニットＣ４とを備える。制御ユニットＣ４は、検出装置４と、演算制御装置９と、バイアス電流駆動回路８とを備える。光カプラ２２、検出装置４は、光モジュール１００のものと同様のものである。演算制御装置９は、演算を行なう演算装置９１と、Ｄ／Ａ変換器９２と、電流駆動回路９３とを備える。波長可変光源１３は、レーザダイオード（ＬＤ）１３１と、熱電素子１３２とを備える。ＬＤ１３１は、たとえばＤＦＢレーザであり、たとえば中心波長が１５３０〜１６２０ｎｍのレーザ光を出力する。また、熱電素子１３２は、たとえばペルチェ素子であり、ＬＤ１３１の近傍に配置され、ＬＤ１３１を冷却しており、駆動電流値を変化させることによってＬＤ１３１の温度を変化させることができる。ここで、ＬＤ１３１が出力するレーザ光の中心波長は、ＬＤ１３１の温度に応じて変化する。したがって、波長可変光源１３は、熱電素子１３２の駆動電流値に応じて、出力するレーザ光の波長を変化させることができるように構成されている。また、ＬＤ１３１が出力するレーザ光の波長は、熱電素子１３２の駆動電流の変化に対して、数μｓ〜数十ｍｓ程度の時定数で応答する。

一方、光フィルタ１０は、たとえばエタロンフィルタなどの狭帯域透過フィルタである。したがって、光フィルタ１０の透過中心波長と、光フィルタ１０を透過させるレーザ光の中心波長とが一致するように設定した場合に、光フィルタ１０を透過するレーザ光の強度が最大になる。一方、レーザ光の中心波長が透過中心波長からずれると、そのずれの量に応じて透過するレーザ光の強度が減少するようになっている。

この光モジュールは、以下のように動作する。まず、波長可変光源１３において、ＬＤ１３１は熱電素子１３２によって所定の温度にされており、バイアス電流駆動回路８がＬＤ１３１に駆動電流を流すことによって、所定の中心波長のレーザを出力する。光カプラ２２は、波長可変光源１３から入力したレーザ光を紙面右側に出力するとともに、レーザ光の一部を分岐して光フィルタ１０に入力する。

光フィルタ１０は、分岐したレーザ光の一部を透過する。このときの透過強度は光フィルタ１０の透過中心波長とレーザ光の中心波長とのずれ量に応じて変化する。したがって、レーザ光の中心波長が変化すると、これに応じて光フィルタ１０を透過するレーザ光の強度が所定の関係で変化するので、レーザ光の透過強度からその中心波長を検出することができる。

つぎに、検出装置４において、ＰＤ４１は、光フィルタ１０が透過したレーザ光を受光して電気信号に変換、増幅し、波長可変光源１３が出力するレーザ光の中心波長の検出値に応じた電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、ＰＤ４１が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、演算制御装置９に出力する。

演算制御装置９において、演算装置９１は、Ａ／Ｄ変換器４２から入力したデジタル信号が示す波長の検出値を受け付け、この波長の検出値と、入力された波長の制御目標値との差分を演算し、さらにこの差分がゼロとなるような制御値を演算し、この制御値を、デジタル制御信号として出力する。

Ｄ／Ａ変換器９２は、演算装置９１が出力したデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換して出力する。電流駆動回路９３は、Ｄ／Ａ変換器９２が出力したアナログ制御信号に基づいて、所定の駆動電流を熱電素子１３２に出力する。その結果、熱電素子１３２は、ＬＤ１３１が所望の温度になるように駆動される。このようなフィードバック制御を行なうことによって、波長可変光源１３が出力するレーザ光の中心波長は所望の値に制御される。

この光モジュール４００においても、Ａ／Ｄ変換器４２の分解能は、所望の制御分解能よりも低いが、サンプリング周期がＬＤ１３１の時定数よりも短く、演算装置９１は、制御分解能と同一以上の演算分解能を有し、ＬＤ１３１の時定数よりも短い演算周期で制御値を演算する。したがって、実施の形態１〜３と同様に、安価で高速のＡ／Ｄ変換器４２を用いてより高精度の制御ができるので、この光モジュール４００は、低コストかつ高速、高精度で波長可変光源１３の高速、高精度の制御を行うことができるものとなる。

なお、上記実施の形態３においては、演算装置７１が、演算した減衰量の検出値を用いて、検出値の可変光減衰器１２の時定数以上の時間における平均値を演算し、減衰量の検出値として出力するように構成されているが、実施の形態１、２、４においても、各演算装置を同様な構成としてもよい。

本発明の実施の形態１に係る光モジュールのブロック図である。 図１に示す演算装置の具体的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る光モジュールのブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る光モジュールのブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る光モジュールのブロック図である。

符号の説明

３、４ 検出装置
５〜７、９ 演算制御装置
８ バイアス電流駆動回路
１０ フィルタ
１１ 光増幅デバイス
１２ 可変光減衰器
１３ 波長可変光源
２１、２２ 光カプラ
３１、４１ ＰＤ
３２、４２ Ａ／Ｄ変換器
５１ ６１、７１、９１ 演算装置
５２、６２、７２、９２ Ｄ／Ａ変換器
５３、６３ 励起レーザ装置
７３、９３ 電流駆動回路
８ バイアス電流駆動回路
１００〜４００ 光モジュール
１１１ 増幅光ファイバ
１１２ 光カプラ
１３１ ＬＤ
１３２ 熱電素子
５１１、５１２ 差動回路
５１３ 比例回路
５１４ 積分回路
５１５ 加算回路
Ｃ１〜Ｃ４ 制御ユニット

Claims (6)

1. 光デバイスの光学特性を所定の制御分解能で制御する光デバイスの制御方法であって、
   前記光学特性を検出する検出工程と、
   前記光学特性の時定数よりも短いサンプリング周期および前記制御分解能よりも低い分解能で、前記検出した光学特性の検出値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換工程と、
   前記変換した検出値と制御目標値とに基づいて、前記制御分解能と同一以上の演算分解能および前記時定数よりも短い演算周期で制御値を演算するデジタル演算工程と、
   前記演算した制御値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換工程と、
   前記変換した制御値に基づいて前記光デバイスを制御する制御工程と、
   を含むことを特徴とする光デバイスの制御方法。
2. 所定の光学特性を有する光デバイスと、前記光デバイスの前記光学特性を所定の制御分解能で制御する制御装置とを備えた光モジュールであって、
   前記制御装置は、
   前記光学特性を検出する検出手段と、
   前記光学特性の時定数よりも短いサンプリング周期および前記制御分解能よりも低い分解能を有し、前記検出した光学特性の検出値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記制御分解能と同一以上の演算分解能および前記時定数よりも短い演算周期を有し、前記変換した検出値と制御目標値とを受け付け、前記検出値と前記制御目標値とに基づいて制御値を演算して出力するデジタル演算手段と、
   前記演算した制御値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換手段と、
   前記変換した制御値を受け付け、前記制御値に基づいて前記光デバイスを制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする光モジュール。
3. 前記デジタル演算手段は、前記変換した検出値の前記時定数以上の時間における平均値を前記光学特性の検出値として出力することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記光デバイスは、光増幅手段であり、前記光学特性は、前記光増幅手段の利得または出力光強度であることを特徴とする請求項２または３に記載の光モジュール。
5. 前記光デバイスは、光減衰手段であり、前記光学特性は、前記光減衰手段の減衰量であることを特徴とする請求項２または３に記載の光モジュール。
6. 前記光デバイスは、波長可変光源であり、前記光学特性は、前記波長可変光源が出力する光の波長であることを特徴とする請求項２または３に記載の光モジュール。

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