JP2009147149A - チューナブルレーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光の波長の変動の大きい状態の経過を適切に検出してシャッタを作動させることが可能なチューナブルレーザモジュールを提供する。
【解決手段】波長制御信号に応じた波長の光を出射可能な波長可変レーザ光源１１〜１３と、波長可変レーザ光源１１〜１３の温度制御を行う温度制御部１４〜１７と、波長可変レーザ光源１１〜１３からの出射光の波長制御を行う波長制御部１８〜２３と、波長可変レーザ光源１１〜１３のパワー制御を行うパワー制御部２４〜２８と、温度制御信号及び波長制御信号に基づいて波長及び温度が安定したか否かを判断し、安定したときにＯＮスイッチ信号を発生する波長温度安定判断回路２９と、ＯＮスイッチ信号が入力されたとき出射光の光路を切り替えることができる光学スイッチ３０、３１と、入射した光を吸収する光学終端素子３２と、外部の伝送路と入射光を結合させる光コネクタ３３と、を備える構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、出射光の波長を選択的に変更でき、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）通信等に使用可能なチューナブルレーザモジュールに関する。

従来、チューナブルレーザモジュール（以下、Ｔ−ＬＤという。）は利得媒質、波長可変素子、制御回路等の構成部材が有限な応答時間を有するため、過渡応答状態において出射光をシステムに入射させると致命的な事態が生じうることが知られている。長距離ＤＷＤＭ通信等では通常最大出力に近いパワーで使用されるため、波長が安定しない場合、他のチャネル（例えば、近傍のチャネル）への混信となったり、これらチャネルへの妨害波となったり、システムへの障害や故障を生じさせたりする虞がある。

そのため、通常、所定時間安定させてから使用されるが、安定が得られるまでは例えば光を遮断するシャッタで光路が閉ざされる（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、光路中のビームスプリッタによって分離された光の波長と強度を検出する光検知素子と、光の波長と強度を制御する制御部とを備え、制御部からの指示に応じてシャッタの透過、遮断を切替える、レーザモジュールが記載されている。
特開２００６−２１０５８１号公報

しかしながら、特許文献１には、シャッタの制御方法について具体的な記載も示唆もなく、適切にシャッタを作動させることが不明であるという問題を有していた。特に、過渡状態等の光の波長等の変動の大きい状態の経過を適切に検出してシャッタを作動させることができない。

以上の現状に鑑み、本発明の目的は、光の波長の変動の大きい状態の経過を適切に検出してシャッタを作動させることが可能なチューナブルレーザモジュールを提供する。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、外部から入力され出射光の波長を所望波長に近づける波長制御信号に応じた波長の光を出射可能な波長可変レーザ光源と、前記波長可変レーザ光源からの出射光を検出して前記波長制御信号を発生する波長制御部と、前記波長可変レーザ光源の温度を検出して所望温度に近づける温度制御信号を発生する温度制御部と、外部からＯＮスイッチ信号が入力されたとき前記波長可変レーザ光源からの出射光の光路を偏向可能な又は出射光を阻止し若しくは透過させることができる光学スイッチと、前記波長制御信号の移動平均値が一定の時間に亘って所望範囲内にあるか否かの判断を含む波長の安定性の判断を行い、前記安定性の判断において安定であると判断したときに前記ＯＮスイッチ信号を発生する波長温度安定判断回路とを備える、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のチューナブルレーザモジュールにおいて、前記波長可変レーザ光源のパワーを検出して所望パワーに近づけるパワー制御信号を発生するパワー制御部を備える、ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のチューナブルレーザモジュールにおいて、前記波長温度安定判断回路は、複数の異なるサンプリング間隔で前記波長制御信号の移動平均値を算出し、最長のサンプリング間隔から最短のサンプリング間隔に向けて移動平均値が所望範囲内にあるか否かを判断していく、ことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、外部から入力され出射光の波長を所望波長に近づける波長制御信号に応じた波長の光を出射可能な波長可変レーザ光源と、波長可変レーザ光源からの出射光を検出して波長制御信号を発生する波長制御部と、波長可変レーザ光源の温度を検出して所望温度に近づける温度制御信号を発生する温度制御部と、外部からＯＮスイッチ信号が入力されたとき波長可変レーザ光源からの出射光の光路を偏向可能な又は出射光を阻止し若しくは透過させることができる光学スイッチと、波長制御信号の移動平均値が一定の時間に亘って所望範囲内にあるか否かの判断を含む波長の安定性の判断を行い、安定性の判断において安定であると判断したときにＯＮスイッチ信号を発生する波長温度安定判断回路とを備えるため、光の波長の変動の大きい状態の経過を適切に検出してシャッタを作動させることが可能なチューナブルレーザモジュールを実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、上記請求項１の効果に加えて、波長可変レーザ光源のパワーを検出して所望パワーに近づけるパワー制御信号を発生するパワー制御部を備えるため、さらにパワーの安定性を確保することができる。

請求項３に係る発明によれば、上記請求項１又は請求項２の効果に加えて、波長温度安定判断回路は、複数の異なるサンプリング間隔で波長制御信号の移動平均値を算出し、最長のサンプリング間隔から最短のサンプリング間隔に向けて移動平均値が所望範囲内にあるか否かを判断していくため、変動状態により適切に対応することができる。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明によるチューナブルレーザモジュールの一実施例を模式的に示すブロック構成図である。チューナブルレーザモジュール１は、図１に示すように、波長制御信号に応じた波長の光を出射可能な波長可変レーザ光源１１〜１３と、波長可変レーザ光源１１〜１３の温度を検出して所望温度に近づける温度制御を行う温度制御部１４〜１７と、波長可変レーザ光源１１〜１３からの出射光の波長を検出して所望の波長に近づける波長制御を行う波長制御部１８〜２３と、波長可変レーザ光源１１〜１３のパワーを検出して所望パワーに近づけるパワー制御を行うパワー制御部２４〜２８と、温度制御部１４〜１７と波長制御部１８〜２３の制御に基づいて波長及び温度が安定したか否かを判断し、安定したときにＯＮスイッチ信号を発生する波長温度安定判断回路２９と、ＯＮスイッチ信号が入力されたとき出射光の光路を切り替えることができる光学スイッチ３０、３１と、入射した光を吸収する光学終端素子３２と、外部の伝送路と入射光を結合させる光コネクタ３３と、を備えるように構成される。

波長可変レーザ光源１１〜１３は、例えば光通信用の光源として使用され、所望波長を含む波長帯で光の増幅が可能な利得媒質１１と、利得媒質１１と対向して設けられる可変帯域反射素子１２と、利得媒質１１と可変帯域反射素子１２との間に設けられるエタロン１３と、を備えるように構成される。

利得媒質１１は、例えば半導体、所謂ファイバ増幅器等からなり、通信に使用される波長帯において光の増幅が可能となっている。エタロン１３は、上記の所望波長を含む所定の波長を選択的に透過させる透過特性を有する。可変帯域反射素子１２は、利得媒質１１からの入射光のうちの所定の設定波長の光を可変かつ選択的に反射して残りの波長の光を反射するようになっている。可変帯域反射素子１２は、例えば印加電圧を変化させることによって設定波長を変えることが可能な液晶素子等からなるのでもよい。更に具体的には、ＴＥＣＤＩＡ（株）製の「波長可変液晶フィルター」等が、可変帯域反射素子１２として使用可能である。

温度制御部１４〜１７は、熱電対等の温度センサ１４と、温度センサ１４に応じ設定温度に対応した電圧等を設定温度信号として出力する温度設定回路１５と、温度センサ１４からの出力と温度設定回路１５からの出力との差に応じた温度制御信号を出力する第１のオペアンプ１６と、第１のオペアンプ１６からの温度制御信号に応じて波長可変レーザ光源１１〜１３の温度を制御するＴＥＣ（Thermo-Electric Cooler）１７と、を有する。

波長制御部１８〜２３は、波長可変レーザ光源１１〜１３からの出射光の一部をモニタ用に分岐する第１のビームスプリッタ１８と、分岐された光の波長に応じた光量の光を出射する例えばエタロン等からなる波長弁別器１９と、波長弁別器１９からの出射光の光量、即ち波長に応じた電圧等の出力信号を出力する第１の光検出器２０と、第１の光検出器２０に応じ設定波長に対応した電圧等を設定波長信号として出力する波長設定回路２１と、第１の光検出器２０からの出力と波長設定回路２１からの出力との差に応じた波長差制御信号を出力する第２のオペアンプ２２と、第２のオペアンプ２２からの波長差制御信号に応じて可変帯域反射素子１２に印加する電圧を波長制御信号として発生する第１のバイアス回路２３と、を有する。

パワー制御部２４〜２８は、波長可変レーザ光源１１〜１３から出射され第１のビームスプリッタ１８を透過した光の一部をパワーモニタ用に分岐する第２のビームスプリッタ２４と、第２のビームスプリッタ２４によって分岐された光の光量に応じた電圧等の出力信号を出力する第２の光検出器２５と、第２の光検出器２５に応じ設定波長に対応した電圧等を設定パワー信号として出力するパワー設定回路２６と、第２の光検出器２５からの出力とパワー設定回路２６からの出力とを比較して差に応じたパワー制御信号を出力する第３のオペアンプ２７と、第３のオペアンプ２７からのパワー制御信号に応じて利得媒質１１に印加する電圧を発生するレーザ駆動制御回路２８と、を有する。

波長温度安定判断回路２９は、第１のオペアンプ１６からの温度制御信号と第２のオペアンプ２２からの波長差制御信号とに基づいて、波長可変レーザ光源１１〜１３の温度の安定性と波長の安定性を、例えば以下のように判断する。図２は、波長温度安定判断回路が行う安定性の判断のうち波長の安定性の判断についての模式的説明図である。図２において、縦軸は可変帯域反射素子１２の印加電圧を示し、横軸は時間を示す。

可変帯域反射素子１２への印加電圧は、制御パラメータ、制御対象等に応じて変動し、例えば図２に示すような挙動を示す。波長温度安定判断回路２９は、判断に先立ち、第２のオペアンプ２２からの波長差制御信号、即ち、図２に示す印加電圧に対応する信号に対して、移動平均値を算出する。

このような系においては変動の大きな過渡応答状態が長時間に及ぶことがしばしばあり、所望波長からの差分に基づいてこの間での安定性が適切に判断できない場合が起こる。そのため、本発明では、過渡応答状態等の変動状態で、移動平均値の所望波長からの差分が変動の大きさの判断に使用される。

ここで、移動平均は、異なる複数のサンプリング間隔、例えば図２に示された時系列Ｔ（ｎ−１）、Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）のような長い間隔、時系列ｔ（ｎ−１）、ｔ（ｎ）、ｔ（ｎ＋１）のような短い間隔、等について行われる。長い方のサンプリング間隔は、例えば、過渡応答時間のオーダーに応じて決定される。複数のサンプリング間隔を用いることによって、過渡状態において、異なる時間スケールで変動の大きさを検知することができる。

また、波長温度安定判断回路２９は、長いサンプリング間隔での移動平均値、即ち変動量が予め決められた第１の範囲内（例えば、図２に示すＵ−Ｌ内）にはいった後に、短いサンプリング間隔での移動平均値が予め決められた第２の範囲内（例えば、図２に示すｕ−ｌ内）に入ったとき、ＯＮスイッチ信号を出力して光学スイッチ３０、３１を開閉させるのでもよい。

さらに、波長温度安定判断回路２９は、長いサンプリング間隔での移動平均値が第１の範囲内に入ったとき、引き続いて所定のサンプリング間隔で所望波長からの差分が検出され、この差分値が所定範囲内にあるとき、ＯＮスイッチ信号を出力して光学スイッチ３０、３１を開閉するのでもよい。この場合、移動平均値は、長短両方のサンプリング間隔について算出されるのでもよい。

ここで、サンプリング間隔及びサンプル数は制御対象等に応じて決定される。なお、波長温度安定判断回路２９が行う安定性の判断は、まず、温度が所定範囲内に安定しているか否かについて行われるのでもよい。すなわち、温度が安定したときに、波長が所定範囲内に安定しているかについて判断が行われる。

なお、安定の判断基準値については、図２に示すように、サンプリング間隔等に応じても異なる。さらに、波長可変レーザ光源１１〜１３をなす個々の素子又はこれら１１〜１３全体の温度についての安定性の判断の後に、レーザ駆動制御回路２８からの出力の安定性について判断し、これ２８からの出力の安定が得られたときに、上記の波長についての安定性について判断するのでもよい。

光学スイッチ３０、３１は、ＯＮスイッチ信号が入力される前後でバイアス電圧を切り替えて発生する第２のバイアス回路３０と、バイアス電圧値の切り替わりに応じて、波長可変レーザ光源１１〜１３から出射された入射光の光路を切替える、液晶素子等からなるシャッタ３１とを有する。

ここで、シャッタ３１が液晶素子からなる場合、バイアス電圧は、例えば交流でもよく、ＯＮスイッチ信号の入力によって、高い第１の交流バイアス電圧からより低い第２の交流バイアス電圧に切り替えられるのでもよい。ここで、シャッタ３１は、ＯＮスイッチ信号の入力によって開状態から閉状態、即ち反射する状態に変化するものとする。また、シャッタ３１は、電圧に応じて開閉する電動的なシャッタ、液晶素子のＢＲＦ（Band Rejection Filter）、その他の光路の変更が可能な光学素子からなる。

本実施例においては、安定動作時でないときにシャッタ３１が開くと共に、シャッタ３１を透過して入射した光を吸収する光学終端素子３２が設けられている。したがって、安定動作時には、波長可変レーザ光源１１〜１３から出射された光の光路がシャッタ３１で切り替えられ又は反射されて光コネクタ３３に入射し、図示しない外部の伝送路に伝播していくことになる。ただし、光コネクタ３３と光学終端素子３２との位置が入れ替わり、シャッタが上記と逆に動作する構成でもよい。

本発明によるチューナブルレーザモジュールは、波長が選択的に切替え可能であることが有用な分野での光源として利用でき、例えばＤＷＤＭ通信等で利用できる。

本発明によるチューナブルレーザモジュールの一実施例を模式的に示すブロック構成図である。 波長温度安定判断回路が行う安定性の判断のうち波長の安定性の判断についての模式的説明図である。

符号の説明

１ チューナブルレーザモジュール
１１ 利得媒質
１２ 可変帯域反射素子
１３ エタロン
１４ 温度センサ
１５ 温度設定回路
１６、２２、２７ オペアンプ
１７ ＴＥＣ
１８、２４ ビームスプリッタ
１９ 波長弁別器
２０、２５ 光検出器
２１ 波長設定回路
２３、３０ バイアス回路
２６ パワー設定回路
２８ レーザ駆動制御回路
２９ 波長温度安定判断回路
３１ シャッタ
３２ 光学終端素子
３３ 光コネクタ

Claims (3)

1. 外部から入力され出射光の波長を所望波長に近づける波長制御信号に応じた波長の光を出射可能な波長可変レーザ光源と、前記波長可変レーザ光源からの出射光を検出して前記波長制御信号を発生する波長制御部と、前記波長可変レーザ光源の温度を検出して所望温度に近づける温度制御信号を発生する温度制御部と、外部からＯＮスイッチ信号が入力されたとき前記波長可変レーザ光源からの出射光の光路を偏向可能な又は出射光を阻止し若しくは透過させることができる光学スイッチと、前記波長制御信号の移動平均値が一定の時間に亘って所望範囲内にあるか否かの判断を含む波長の安定性の判断を行い、前記安定性の判断において安定であると判断したときに前記ＯＮスイッチ信号を発生する波長温度安定判断回路とを備える、ことを特徴とするチューナブルレーザモジュール。
2. 前記波長可変レーザ光源のパワーを検出して所望パワーに近づけるパワー制御信号を発生するパワー制御部を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のチューナブルレーザモジュール。
3. 前記波長温度安定判断回路は、複数の異なるサンプリング間隔で前記波長制御信号の移動平均値を算出し、最長のサンプリング間隔から最短のサンプリング間隔に向けて移動平均値が所望範囲内にあるか否かを判断していく、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチューナブルレーザモジュール。

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