JP2015060961A - 波長制御システムおよび波長制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度かつ高速で波長を制御することができる波長制御システムおよび波長制御方法を提供する。【解決手段】波長制御システム１００は、波長可変光源１０が出力する光信号を第１〜第３光信号に分岐する分岐部と、第１エタロン３１を透過した第１光信号に対して光電変換する第１受光素子５１と、第１エタロンとＦＳＲが等しく透過光強度のピーク波長が異なる第２エタロン３２を透過した第２光信号に対して光電変換する第２受光素子５２と、第３光信号に対する第３受光素子５３と、下記式（１）または（２）係数＝（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）／（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）・・（１）係数＝（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）／（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）・・（２）（ただし、ＰＤ１〜ＰＤ３は第１〜第３受光素子の出力、ＡはＰＤ３に対するＰＤ１の比の平均値、ＢはＰＤ３に対するＰＤ２の比の平均値）のいずれかで求まる係数を用いて波長可変光源を制御する制御部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、波長制御システムおよび波長制御方法に関するものである。

波長周期性を持った光フィルタを透過する光をモニタする第１のフォトダイオード、光フィルタに入射する全光パワーをモニタする第２のフォトダイオードを備え、これら２つのフォトダイオードの出力を用いて波長をモニタする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、単体のエタロンフィルタから振幅周期が相対的にπ／２ずれた２つの光透過特性を実現する光フィルタ手段を透過した２つの光ビーム出力をモニタする２つのフォトダイオードの出力を用いて波長をモニタする技術が開示されている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００１−３０８４４４号公報 特開２００２−１９６１３１号公報 特開２００２−２０２１９０号公報

特許文献１の技術では、透過特性の山または谷に相当する波長が不感帯となり、当該不感帯では波長をモニタすることが困難である。任意の波長をモニタするためには、エタロンフィルタの温度または角度を変えて透過特性の山または谷の位置をシフトさせる必要があり、高速動作が困難となる。特許文献２の技術では、不感帯をなくすためには両モニタ出力がオーバーラップして動作する領域が必要となる。しかしながら、当該領域においてフィルタ透過特性の微分係数（＝モニタ感度）が小さくなってしまう。特許文献３の技術では、フィルタに入射する全光パワーをモニタしていないため、波長変動と光パワー変動を識別することができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高精度かつ高速で波長を制御することができる波長制御システムおよび波長制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る波長制御システムは、波長可変光源が出力する光信号を第１〜第３光信号に分岐する分岐部と、第１エタロンを透過した前記第１光信号に対して光電変換する第１受光素子と、前記第１エタロンとＦＳＲが等しく透過光強度のピーク波長が異なる第２エタロンを透過した前記第２光信号に対して光電変換する第２受光素子と、前記第３光信号に対して光電変換する第３受光素子と、下記式（１）または（２）
係数＝（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）／（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）・・・（１）
係数＝（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）／（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）・・・（２）
（ただし、ＰＤ１は第１受光素子の出力、ＰＤ２は第２受光素子の出力、ＰＤ３は第３受光素子の出力、ＡはＰＤ３に対するＰＤ１の比の平均値、ＢはＰＤ３に対するＰＤ２の比の平均値）
のいずれかで求まる係数を用いて前記波長可変光源を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

前記制御部は、前記式のうち絶対値の小さい方を用いてもよい。前記制御部は、前記式を用いて前記波長可変光源をフィードバック制御してもよい。前記制御部は、前記フィードバック制御の開始前に、波長設定情報に応じて取得した初期値に基づいて前記波長可変光源を制御してもよい。前記初期値は、あらかじめ作成したテーブルに格納されていてもよい。前記第１エタロンおよび前記第２エタロンの透過光強度のピーク波長は、ＦＳＲの４分の１±１０％の範囲で異なっていてもよい。

本発明に係る波長制御方法は、波長可変光源が出力する光信号を第１〜第３光信号に分岐し、第１エタロンを透過した前記第１光信号に対して第１受光素子で光電変換し、前記第１エタロンとＦＳＲが等しく透過光強度のピーク波長が異なる第２エタロンを透過した前記第２光信号に対して第２受光素子で光電変換し、前記第３光信号に対して第３受光素子で光電変換し、下記式（１）または（２）
係数＝（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）／（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）・・・（１）
係数＝（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）／（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）・・・（２）
（ただし、ＰＤ１は第１受光素子の出力、ＰＤ２は第２受光素子の出力、ＰＤ３は第３受光素子の出力、ＡはＰＤ３に対するＰＤ１の比の平均値、ＢはＰＤ３に対するＰＤ２の比の平均値）
のいずれかで求まる係数を用いて前記波長可変光源を制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、高精度かつ高速で波長を制御することができる波長制御システムおよび波長制御方法を提供することができる。

比較例１に係る波長制御システムの構成例を示す図である。 エタロンの透過特性を表す図である。 比較例２に係る波長制御システムの構成例を示す図である。 第１エタロンおよび第２エタロンの透過特性を示す図である。 （ａ）は図４の２つの透過特性の微分係数を示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）の２つの微分利得の絶対値の大きい方をトレースすることによって得たグラフである。 実施例１に係る波長制御システムの全体構成を示す図である。 疑似正接関数Ｘ，Ｙを表す図である。 （ａ）は図７の疑似正接関数Ｘ，Ｙから求めた微分係数を示し、（ｂ）は（ａ）の２つの微分利得の絶対値の小さい方をトレースすることによって得たグラフである。 波長制御の動作を表すフローチャートの一例である。 ステップＳ１１の詳細を表す図である。 ２つのエタロンの透過特性を表す図である。 ２つのエタロンの透過特性を表す図である。

インターネットトラフィックの爆発的な増大に応える大容量光通信システムを実現するため、より効率の良い波長資源の利用が必要となっている。現在では、一定の１００ＧＨｚまたは５０ＧＨｚ間隔で波長を並べて伝送する固定グリッド方式が主流である。しかしながら、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６９４．１で規定されているような６．２５ＧＨｚの整数倍の波長の利用を許したフレックスグリッドシステムや、任意の波長を使用するグリッドレスシステムの導入が検討され始めている。

このようなシステムで使用される波長可変光源は、発振波長の安定化のため波長ロッカと組み合わせて使用されることが多い。この場合、波長ロッカで波長可変光源の出力波長をモニタし、そのモニタ出力を使って光源を負帰還制御することで出力波長を安定化させることができる。

図１は、比較例１に係る波長制御システム２００の構成例を示す図である。図１に示すように、波長可変光源２０１が出力する単一波長光の一部がビームスプリッタ２０２に入射する。ビームスプリッタ２０２から出射される２分岐光のうち一方は、エタロン２０３を透過して第１受光素子２０４に入射し、他方は、エタロンを透過せずに第２受光素子２０５に入射する。エタロン２０３の透過特性は、周波数に対して周期的に変化する。エタロン２０３を用いることで、周波数変動が光強度変動に変化する。したがって、第１受光素子２０４の出力と第２受光素子２０５の出力との比を検出することによって、波長可変光源２０１の出力波長を検出することができる。

第１受光素子２０４の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ（トランスインピーダンス）２０６に入力される。ＴＩＡ２０６は、第１受光素子２０４が出力する電流信号を電圧信号に変換し、演算回路２０８に入力する。第２受光素子２０５の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ２０７に入力される。ＴＩＡ２０７は、第２受光素子２０５が出力する電流信号を電圧信号に変換し、演算回路２０８に入力する。演算回路２０８は、ＴＩＡ２０６，２０７から入力される電圧信号に基づいて、波長可変光源２０１の出力波長を検出し、当該検出結果を用いて、波長可変光源２０１の波長を制御するための波長制御信号を波長可変光源２０１に入力する。それにより、波長可変光源２０１の波長が所望の波長に制御される。

図２は、エタロン２０３の透過特性を表す図である。図２の実線で示すように、エタロン２０３の透過光強度のピークは、周波数に対して周期的に表れる。周波数変動を強度変動に変換するためには、透過特性のスロープ部分（例えばＡ点）を使って波長をモニタすることが望ましい。周波数に対する強度変動が大きいからである。

５０ＧＨｚ固定グリッドシステムにおいてＦＳＲ（自由スペクトル領域）＝５０ＧＨｚのエタロンを使用すれば、すべての波長でほぼ同じスロープ特性を利用することができる。この際、エタロン２０３は波長基準（周波数基準）となるよう正確な特性を持つことが要求される。エタロン２０３の透過特性は温度に応じて変化するため、所望の透過特性が得られるように、エタロン２０３の温度は、例えば温度制御装置２０９によって一定に制御される。温度制御装置２０９は、例えばＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）であり、ペルチェ素子を含む。

波長制御システム２００をフレックスグリッドシステムやグリッドレスシステムに適用しようとすると、例えば、波長モニタ位置が図２の点Ｂにずれることがある。エタロン２０３の透過特性の山あるいは谷の部分では、周波数変動を強度変動に変換する微分利得が小さくなる。このような領域では波長制御が困難となる（あるいはこのような領域は不感帯となる）。

波長制御システム２００においてこのような不感帯を無くすためには、エタロン２０３の温度を変える、あるいはエタロン２０３の角度を変えることで、エタロン２０３の透過特性を図２の実線から破線にずらす必要がある。これにより、波長モニタ位置がスロープ部分の点Ｃとなり、点Ａと同様の微分利得が得られるからである。しかしながら、エタロン２０３の動作状態を変更するために、温度制御に時間を要する他、消費電力の点でも不利である。

また、設定可能な分解能を高めるためにエタロン２０３のＦＳＲを小さくする（例えばＦＳＲ＝１２．５ＧＨｚ）場合は、制御可能な範囲も狭くなってしまう。従って、あらかじめ設定する初期値を目標ロック点の近くにする必要があるなど、実現上の困難が増す。

このような課題に鑑み、比較例２に係る波長制御システム３００が考えられる。図３は、波長制御システム３００の構成例を示す図である。図３に示すように、波長可変光源３０１が出力する単一波長光の一部がビームスプリッタ３０２に入射する。ビームスプリッタ３０２から出射される２分岐光のうち一方は、ビームスプリッタ３０３に入射する。ビームスプリッタ３０３から出射される２分岐光のうち一方は、第１エタロン３０４を透過して第１受光素子３０５に入射し、他方は、第２エタロン３０６を透過して第２受光素子３０７に入射する。ビームスプリッタ３０２から出射される２分岐光のうち他方は、エタロンを透過せずに第３受光素子３０８に入射する。

第１受光素子３０５の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ３０９に入力される。ＴＩＡ３０９は、第１受光素子３０５から入力される電流信号を電圧信号に変換し、スイッチ３１２に入力する。第２受光素子３０７の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ３１０に入力される。ＴＩＡ３１０は、第２受光素子３０７から入力される電流信号を電圧信号に変換し、スイッチ３１２に入力する。第３受光素子３０８の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ３１１に入力される。ＴＩＡ３１１は、第３受光素子３０８から入力される電流信号を電圧信号に変換し、演算回路３１３に入力する。スイッチ３１２は、波長設定情報に応じて、ＴＩＡ３０９およびＴＩＡ３１０の出力電気信号のうちいずれか一方を演算回路３１３に入力する。

図４は、第１エタロン３０４および第２エタロン３０６の透過特性を示す図である。図４において、細線は第１受光素子３０５の出力を表す。太線は第２受光素子３０７の出力を表す。図４に示すように、第１エタロン３０４および第２エタロン３０６は、同じＦＳＲを有している。第１エタロン３０４および第２エタロン３０６の透過特性は、周波数方向において、ＦＳＲ／４（位相ではπ／２）ずれるように設定されている。それにより、第１エタロン３０４および第２エタロン３０６の透過特性の山および谷の位置は、重ならないようになる。こうすることで、例えば第１受光素子３０５の出力が第１エタロン３０４の透過特性の山あるいは谷に近くなった場合（不感帯になった場合）に第２受光素子３０７の出力を波長制御信号生成に用いればよい。逆に、第２受光素子３０７の出力が不感帯になった場合に第１受光素子３０５の出力を用いればよい。このような動作によって、全波長域で不感帯を無くすことができる。

図５（ａ）は、図４に示した２つの透過特性の微分係数を示したグラフである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の２つの曲線の微分利得の絶対値の大きい方をトレースすることによって得たグラフである。Ａ→Ｂでは、第１受光素子３０５の出力（微分係数は正）を、Ｂ→Ｃでは第２受光素子３０７の出力（微分係数は正）を、Ｃ〜Ｄでは第１受光素子３０５の出力（微分係数は負）を、Ｄ→Ａでは第２受光素子３０７の出力（微分係数は負）を使うことで微分利得の大きな箇所を使いながら波長制御が可能となる。スイッチ３１２は、外部からの波長設定情報に応じて、第１受光素子３０５および第２受光素子３０７のどちらの出力を使用するのか決定する。また、演算回路３１３は、当該波長設定情報に応じて、モニタ値の目標値を決定する。

しかしながら、この方式では同じ第１受光素子３０５の出力を使って波長制御する場合でも、微分係数が正になる場合および負になる場合があることによって、制御が複雑になる。また、点Ａのように微分利得が決して大きくない点を使わざるを得ないという問題がある。なお、点Ａと点Ｃとで対称性が見られないのは、エタロンの透過特性が完全な正弦関数とはならないためである。このような問題を回避するために、さらに位相がπ／２ずれた第３のエタロンを使うことが考えられる。しかしながら、その場合には、システムの規模が大きくなるという別の問題が発生する。

以下の実施例では、簡易な構成で高精度かつ高速で波長を制御することができる波長制御システムおよび波長制御方法について説明する。

図６は、実施例１に係る波長制御システム１００の全体構成を示す図である。図６に示すように、波長制御システム１００は、波長可変光源１０、第１ビームスプリッタ２１、第２ビームスプリッタ２２、第１エタロン３１、第２エタロン３２、第１温度制御装置４１、第２温度制御装置４２、第１受光素子５１、第２受光素子５２、第３受光素子５３、ＴＩＡ６１〜６３、演算回路７０などを備える。

波長可変光源１０は、単一波長光を出力する光源である。波長可変光源１０は、例えば、半導体レーザ、駆動回路、温度制御装置等を備える。波長可変光源１０の出力波長は、演算回路７０から入力される波長制御信号に応じて制御される。波長制御信号には、波長可変光源１０を所望の波長で発振させるための駆動電流値、波長可変光源１０の温度制御のための電流値、波長を変更するための信号等の情報が含まれている。波長可変光源１０の出力光の一部は、第１ビームスプリッタ２１に入射する。

第１ビームスプリッタ２１から出射される２分岐光のうち一方は、第２ビームスプリッタ２２に入射する。第２ビームスプリッタ２２から出射される２分岐光のうち一方は、第１エタロン３１を透過して第１受光素子５１に入射し、他方は、第２エタロン３２を透過して第２受光素子５２に入射する。第１ビームスプリッタ２１から出射される２分岐光のうち他方は、エタロンを透過せずに第３受光素子５３に入射する。

第１エタロン３１は、第１温度制御装置４１上に配置されている。第２エタロン３２は、第２温度制御装置４２上に配置されている。第１温度制御装置４１および第２温度制御装置４２は、例えばＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）であり、ペルチェ素子を含む。第１エタロン３１の温度は、第１温度制御装置４１によって制御される。第２エタロン３２の温度は、第２温度制御装置４２によって制御される。

第１受光素子５１の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ６１によって電圧信号に変換されて演算回路７０に入力される。ＴＩＡ６１の出力を、以下、出力ＰＤ１と称する。第２受光素子５２の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ６２によって電圧信号に変換されて演算回路７０に入力される。ＴＩＡ６２の出力を、以下、出力ＰＤ２と称する。第３受光素子５３の光電変換によって得られる電流信号は、ＴＩＡ６３によって電圧信号に変換されて演算回路７０に入力される。ＴＩＡ６３の出力を、以下、出力ＰＤ３と称する。

第１エタロン３１および第２エタロン３２は、同じＦＳＲを有している。第１エタロン３１および第２エタロン３２の透過特性は、周波数方向において、ＦＳＲ／４（位相ではπ／２）ずれるように設定されている。この透過特性のずれは、第１温度制御装置４１および第２温度制御装置４２の温度制御や、エタロンの配置角度等によって実現することができる。

図４で示したように、エタロンの透過特性は、疑似的に正弦波関数とみなすことができる。この透過特性の位相をπ／２（ＦＳＲの４分の１）ずらすことによって、疑似的に余弦波関数とみなすことができる。そこで、演算回路７０は、出力ＰＤ１および出力ＰＤ２から、疑似正弦波関数および疑似余弦波関数を作り出す。そのために、第１エタロン３１および第２エタロン３２の反射率（エタロンのＦｉｎｅｓｓｅ）を適正に設計することに加えて、出力ＰＤ１および出力ＰＤ２の波長平均値がゼロになるようにキャリブレーションする必要がある。

このキャリブレーションに出力ＰＤ３を使用する。具体的には出力ＰＤ１および出力ＰＤ２から両出力の波長平均値（図４の破線）を差し引くことで、それぞれ疑似正弦波関数および疑似余弦波関数を求める。波長制御システム１００の運用中には出力ＰＤ１および出力ＰＤ２の波長平均を求めることができないため、予めモニタすべき波長範囲に渡って入力光波長をスキャンして出力ＰＤ３と出力ＰＤ１および出力ＰＤ２との比の平均値を求めておく。この比をそれぞれ定数Ａおよび定数Ｂとしておくと、光入力レベルが変動した場合でもＡ×ＰＤ３およびＢ×ＰＤ３を計算することで、それぞれ出力ＰＤ１および出力ＰＤ２の波長平均値として求めることができる。なお、このキャリブレーションは、演算回路７０の外側でアナログ回路により実現しても構わない。

疑似正弦波関数は、下記式（１）で表すことができる。疑似余弦波関数は、下記式（２）で表すことができる。なお、定数Ａは下記式（３）で表すことができ、定数Ｂは下記式（４）で表すことができる。
疑似正弦波関数＝ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３ （１）
疑似余弦波関数＝ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３ （２）

疑似正弦波関数と疑似余弦波関数との比をとることで、疑似正接関数を求めることができる。疑似正接関数Ｘは、下記式（５）で表すことができる。疑似正接関数Ｙは、下記式（６）で表すことができる。なお、下記式（５）、（６）では、ＴＩＡの出力（電圧信号）を用いているが、第１受光素子５１の出力をＰＤ１とし、第２受光素子５２の出力をＰＤ２とし、第３受光素子５３の出力をＰＤ３としてもよい。
Ｘ＝（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）／（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３） （５）
Ｙ＝（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）／（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３） （６）

図７は、疑似正接関数Ｘ，Ｙを表す図である。図７において、太字の「×」印が疑似正接関数Ｘを表し、細字の「×」印が疑似正接関数Ｙを表す。波長制御システム１００では、点Ａ→点Ｂ、点Ｃ→点ＤではＹの値を、点Ｂ→点Ｃ、点Ｄ→点ＡではＸの値を用いて波長制御すればよい。ＸおよびＹのどちらの値を用いて波長制御するのかは外部からの波長設定情報により決定される。

図８（ａ）は、図７の疑似正接関数Ｘ，Ｙから求めた微分係数を示す。図５と比較すると大きな絶対値の微分係数が得られていることが分かる。また、Ｙの値を用いた場合は微分係数が正に、Ｘの値を用いた場合は微分係数が負に固定される。図８（ｂ）は、図８（ａ）の２つの微分利得の絶対値の小さい方をトレースしたものである。このようにすることで、Ｘの値とＹの値とを切り替えるポイントで利得が大きくなる。

なお、演算回路７０として、デジタル技術を用いることが実際的である。ＡＤ（アナログ／デジタル）変換器を介して出力ＰＤ１〜ＰＤ３の信号をデジタル化し、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で演算をおこない、演算結果である波長制御信号をＤＡ（デジタル／アナログ）変換器でアナログ信号にして、波長可変光源に印加する。ＦＰＧＡを用いると高速に制御することが可能である。ＦＰＧＡの代わりにＣＰＵ（中央演算処理装置）を使うこともでき、一般に速度は遅くなるが低コストで構成できる。

図９は、波長制御の動作を表すフローチャートの一例である。図９に示すように、演算回路７０は、入力された設定波長情報に応じて、初期値テーブルを参照する（ステップＳ１）。表１は、初期値テーブルの一例を示す。

表１に示すように、初期値テーブルでは、各初期波長と関連付けて、目標値と、疑似正接関数Ｘ，Ｙのうちフィードバック制御に用いる関数とが設定されている。また、初期値テーブルには、波長可変光源１０を各初期波長で発振させるための駆動電流値、波長可変光源１０の温度制御のための電流値、波長を変えるための信号、第１温度制御装置４１および第２温度制御装置４２の制御温度値等のデータも含まれている。一例として、各波長として、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６９４．１で規定されているような６．２５ＧＨｚの整数倍の波長を用いることができる。

演算回路７０は、一例として、設定波長情報に含まれる設定波長に最も近い波長の初期値を参照する。なお、初期値テーブルに格納されている初期値そのものを参照してもよいが、当該初期値に何らかの演算を施したものを取得してもよい。例えば、フレキシブルグリッドでは、６．２５ＧＨｚの整数倍の全ての波長をテーブルとして保持するのは現実的でないので、間引いてもよい。その場合、間引かれた波長については、補間によって算出すればよい。

次に、演算回路７０は、ステップＳ１で参照した駆動電流値、温度制御のための電流値などを波長制御信号として波長可変光源１０に出力する（ステップＳ２）。波長可変光源１０は、波長制御信号に従って光出力を行う。次に、演算回路７０は、波長変更要求があったか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ１から再度実行される。ステップＳ３で「Ｎｏ」と判定された場合、演算回路７０は、出力ＰＤ１〜ＰＤ３を取得する（ステップＳ４）。次に、演算回路７０は、疑似正接関数Ｘ，Ｙの値を測定値として演算によって求める（ステップＳ５）。その際に、演算回路７０は、定数Ａ，Ｂを用いる。

なお、演算回路７０は、ステップＳ１〜Ｓ５と並行して、設定波長情報に従って、目標値ＳＶを決定し、疑似正接関数Ｘ，Ｙのいずれを用いるか決定しておく（ステップＳ１１）。図１０は、ステップＳ１１の詳細を表す図である。図１０に示すように、演算回路７０は、疑似正接関数Ｘ，Ｙのいずれを用いるか決定する。設定波長が周波数Ｆ１であれば、疑似正接関数Ｙを用いる。演算回路７０は、周波数Ｆ１に近い初期波長Ｆ０に係る初期値を初期値テーブルから参照する。周波数Ｆ１が設定波長であれば、演算回路７０は、目標値ＳＶとして目標値ＳＶ１を演算によって求める。周波数Ｆ２が設定波長であれば、演算回路７０は、目標値ＳＶとして目標値ＳＶ２を演算によって求める。目標値は、設定波長情報から何らかのアルゴリズムを用いて求めてもよく、初期値テーブルに格納しておいてもよい。

次に、演算回路７０は、ステップＳ５で得られた測定値と、ステップＳ１１で得られた目標値ＳＶとの間の誤差を算出する（ステップＳ６）。次に、演算回路７０は、ステップＳ６で求めた誤差の絶対値が小さくなるように、フィードバック操作量ＭＶを算出する（ステップＳ７）。例えばフィードバック操作量ＭＶの絶対値が大きければ波長の修正量が大きいことを意味し、フィードバック操作量ＭＶの絶対値が小さければ波長の修正量が小さいことを意味する。演算回路７０は、フィードバック操作量ＭＶの算出に、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）定数を用いる。ＰＩＤ定数とは、ＰＩＤ制御の比例定数、積分定数、微分定数である。次に、演算回路７０は、フィードバック操作量ＭＶから、波長可変光源１０への波長制御信号を算出する（ステップＳ８）。その後、ステップＳ２が実行される。設定波長情報が周波数Ｆ２に変更されれば、上記説明の目標値ＳＶ１が目標値ＳＶ２となり、同様の動作が行われる。

本実施例によれば、同一ＦＳＲで位相関係がπ／２ずれた２つのエタロン透過光パワー、および当該２つのエタロンに入力される全光パワーの３つの値を使い、波長に対して疑似正接関数的に応答するモニタ信号を生成することで精度の高い波長制御が可能となる。より具体的には、出力ＰＤ１〜ＰＤ３を使って疑似正接関数を計算することで全波長領域に渡って微分係数の大きなモニタが可能となる。また、設定波長ごとにエタロンの温度を変更する必要がないため、高速動作が可能となる。また、エタロン数を抑えることができるため、構成が簡易となる。

以上の説明ではフィードバック制御を繰り返して行うことを前提としたが、必ずしもそれに限らない。生じるドリフトが許容される条件下（ドリフト量が少ない、短時間のロックしか必要としない、など）では、フィードバック制御を繰り返すことは必須ではない。

上記説明では２つのエタロンの透過特性差がＦＳＲの４分の１になるように、各々を温度制御するようにしているが、組み立て精度を高めるなど特性差を適切にあらかじめ調整することができれば必ずしも別々に温度制御する必要はない。同じ温度とすることも可能である。さらに、温度変化が許容できる条件下（温度変化が小さい、温度変化によるエタロンの特性変化が小さい、など）では、温度制御自体も不要である。

なお、２つのエタロンのＦＳＲは同じであることが前提であるが、２つのエタロンの透過特性差は、必ずしもＦＳＲの４分の１でなくてもよい。２つのエタロンの透過特性差は、０またはπとならないように異なっていればよい。ただし、２つのエタロンの透過特性差が大きくなると微分利得にばらつきが生じるようになる。

図１１（ａ）は、２つのエタロンの透過特性差をＦＳＲの４分の１から１２％減とした場合の透過特性を表す図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の２つの透過特性の微分利得の絶対値を表し、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の特性の疑似正接関数Ｘ，Ｙを表し、図１１（ｄ）は図１１（ｃ）の微分利得の絶対値を表す。図１１（ｄ）に示すように、微分利得にばらつきが生じている。

図１２（ａ）は、２つのエタロンの透過特性差をＦＳＲの４分の１から１２％増とした場合の透過特性を表す図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）の２つの透過特性の微分利得の絶対値を表し、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の特性の疑似正接関数Ｘ，Ｙを表し、図１２（ｄ）は図１２（ｃ）の微分利得の絶対値を表す。図１２（ｄ）に示すように、微分利得にばらつきが生じている。

以上のことから、２つのエタロンの透過特性差がＦＳＲの４分の１から１０％を超えてずれると、微分利得にばらつきが生じるため、２つのエタロンの透過特性差は、ＦＳＲの４分の１±１０％以内であることが好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 波長可変光源
２１ 第１ビームスプリッタ
２２ 第２ビームスプリッタ
３１ 第１エタロン
３２ 第２エタロン
４１ 第１温度制御装置
４２ 第２温度制御装置
５１ 第１受光素子
５２ 第２受光素子
５３ 第３受光素子
６１〜６３ ＴＩＡ
７０ 演算回路
１００ 波長制御システム

Claims (7)

1. 波長可変光源が出力する光信号を第１〜第３光信号に分岐する分岐部と、
   第１エタロンを透過した前記第１光信号に対して光電変換する第１受光素子と、
   前記第１エタロンとＦＳＲが等しく透過光強度のピーク波長が異なる第２エタロンを透過した前記第２光信号に対して光電変換する第２受光素子と、
   前記第３光信号に対して光電変換する第３受光素子と、
   下記式（１）または（２）
   係数＝（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）／（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）・・・（１）
   係数＝（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）／（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）・・・（２）
   （ただし、ＰＤ１は第１受光素子の出力、ＰＤ２は第２受光素子の出力、ＰＤ３は第３受光素子の出力、ＡはＰＤ３に対するＰＤ１の比の平均値、ＢはＰＤ３に対するＰＤ２の比の平均値）
   のいずれかで求まる係数を用いて前記波長可変光源を制御する制御部と、を備えることを特徴とする波長制御システム。
2. 前記制御部は、前記式のうち絶対値の小さい方を用いることを特徴とする請求項１記載の波長制御システム。
3. 前記制御部は、前記式を用いて前記波長可変光源をフィードバック制御することを特徴とする請求項１または２記載の波長制御システム。
4. 前記制御部は、前記フィードバック制御の開始前に、波長設定情報に応じて取得した初期値に基づいて前記波長可変光源を制御することを特徴とする請求項３記載の波長制御システム。
5. 前記初期値は、あらかじめ作成したテーブルに格納されていることを特徴とする請求項４記載の波長制御システム。
6. 前記第１エタロンおよび前記第２エタロンの透過光強度のピーク波長は、ＦＳＲの４分の１±１０％の範囲で異なっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長制御システム。
7. 波長可変光源が出力する光信号を第１〜第３光信号に分岐し、
   第１エタロンを透過した前記第１光信号に対して第１受光素子で光電変換し、
   前記第１エタロンとＦＳＲが等しく透過光強度のピーク波長が異なる第２エタロンを透過した前記第２光信号に対して第２受光素子で光電変換し、
   前記第３光信号に対して第３受光素子で光電変換し、
   下記式（１）または（２）
   係数＝（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）／（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）・・・（１）
   係数＝（ＰＤ２−Ｂ・ＰＤ３）／（ＰＤ１−Ａ・ＰＤ３）・・・（２）
   （ただし、ＰＤ１は第１受光素子の出力、ＰＤ２は第２受光素子の出力、ＰＤ３は第３受光素子の出力、ＡはＰＤ３に対するＰＤ１の比の平均値、ＢはＰＤ３に対するＰＤ２の比の平均値）
   のいずれかで求まる係数を用いて前記波長可変光源を制御する、ことを特徴とする波長制御方法。

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