JP2018133383A

JP2018133383A - 波長可変光源の制御装置および制御方法

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Publication number: JP2018133383A
Application number: JP2017024678A
Authority: JP
Inventors: 賢宜木村; Yoshitaka Kimura
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-14
Also published as: JP6815885B2

Abstract

【課題】半導体光増幅器に印加する電圧の方向を反転する時間を短縮すること。【解決手段】半導体レーザ素子と半導体光増幅器とを有する波長可変光源の制御装置であって、第１電圧源から半導体光増幅器を介して第２電圧源に流れる電流を制御する第１電流制御素子と、少なくとも第１電圧源から第３電圧源に流れる電流を遮断する第１電流遮断素子と、第１電圧源の電位変動の影響を平滑化する第１のローパスフィルタと、第１電圧源から第３電圧源に流れる電流を抑制する第１電流抑制手段と、を備えることを特徴とする波長可変光源の制御装置。【選択図】図２

Description

本発明は、波長可変光源の制御装置および制御方法に関する。

光通信分野では、複数の波長の光を切替えて用いる光源が利用されている。例えば国際電気連合（International Telecommunication Union、ＩＴＵ）では、いわゆるＩＴＵグリッドと呼ばれる、波長のグリッドが標準化されており、この標準に従った波長の光を切替えて出力することができる波長可変光源が各種開発されている。

ところで、１つの光源で波長を切替えるには、少なからず波長切替時間を必要とする。この波長切替時間を短縮することは、利便性の向上に寄与するので、波長切換時間を短縮するための試みもなされている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−１４４１９１号公報

ここで、波長切替時間を細分化すると、出力停止のための時間と波長変更のための時間と出力再開の時間とに分けられる。半導体レーザ素子と半導体光増幅器とを有する波長可変光源にあっては、出力停止のための時間には、半導体光増幅器の駆動電流が所定値以下に減少させてから、通常とは逆方向に電圧を印加するといういわゆる逆バイアス電圧を印加するための時間が含まれ、出力再開のための時間には、逆バイアス電圧が所定値以下に減少してから順方向に駆動電流を流すための時間が含まれる。しかも、一般に半導体光増幅器には、ノイズ耐性を高めるために駆動電流が変動し難くなるような機構が含まれており、半導体光増幅器の駆動電流を瞬時に制御することへの妨げとなっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体光増幅器に印加する電圧の方向を反転する時間を短縮し、レーザ光の波長切換、および波長可変光源の光出力の立ち上げ、立ち下げ時の全体時間も短縮することができる波長可変光源の制御装置および制御方法を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る波長可変光源の制御装置は、半導体レーザ素子と前記半導体レーザ素子が発振するレーザ光を増幅する半導体光増幅器とを有する波長可変光源の制御装置であって、第１電圧源と、前記第１電圧源よりも電位が低い第２電圧源と、前記第２電圧源よりも電位が低いまたは等しい第３電圧源と、前記第１電圧源と前記半導体光増幅器との間の回路に配置され、前記第１電圧源から前記半導体光増幅器を介して前記第２電圧源に流れる電流を制御する第１電流制御素子と、前記第３電圧源と前記半導体光増幅器との間の回路に配置され、少なくとも前記第１電圧源から前記第３電圧源に流れる電流を遮断する第１電流遮断素子と、前記第１電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第１電圧源と前記第３電圧源との間の回路に配置される第１のローパスフィルタと、前記第３電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第１電圧源と前記第３電圧源との間の回路に配置され、前記第１電圧源から前記第３電圧源に流れる電流を抑制する第１電流抑制手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変光源の制御装置は、前記第２電圧源は、接地電源であり、前記第３電圧源は、負電圧源である、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変光源の制御装置は、前記第２電圧源よりも電位が高い第４電圧源と、前記第４電圧源と前記半導体光増幅器との間の回路に配置され、前記第４電圧源から前記半導体光増幅器に流れる電流を遮断する第２電流遮断素子と、前記第２電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第４電圧源と前記第２電圧源との間の回路に配置され、前記第４電圧源から前記第２電圧源へ流れる電流を遮断する第３電流遮断素子と、前記第４電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第４電圧源と前記第２電圧源との間の回路に配置され、前記第４電圧源から前記第２電圧源に流れる電流を抑制する第２電流抑制手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変光源の制御装置は、前記第１電圧源および前記第４電圧源は、電位が等しく、前記第２電圧源および前記第３電圧源は、接地電源である、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変光源の制御装置は、前記第１電流制御素子の応答性を調節する第２のローパスフィルタを備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変光源の制御方法は、上記波長可変光源の制御装置を用いた波長可変光源の制御方法であって、前記第１電流制御素子を制御して前記半導体光増幅器に流れる電流を停止する駆動電流停止ステップと、前記第１電流遮断素子を導通して前記半導体光増幅器に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加ステップと、前記半導体レーザ素子が発振するレーザ光の波長を変更するチューニングステップと、前記第１電流遮断素子を遮断して前記半導体光増幅器の逆バイアス電圧の印加を解除する逆バイアス解除ステップと、前記第１電流制御素子を制御して前記半導体光増幅器に流れる電流を再開する駆動電流再開ステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る波長可変光源の制御装置および制御方法は、半導体光増幅器に印加する電圧の方向を反転する時間を短縮し、レーザ光の波長切換、および波長可変光源の立ち上げ、立ち下げ時の全体時間も短縮することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係る波長可変光源の制御装置の制御ブロックを示す図である。図２は、第１実施形態に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図３は、波長変更時の制御方法の手順を示すフローチャートである。図４は、比較例に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図５は、比較例に係る光増幅器制御回路における波長変更時のタイミングチャートである。図６は、第１実施形態に係る光増幅器制御回路における波長変更時のタイミングチャートである。図７は、第２実施形態に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図８は、第２実施形態に係る光増幅器制御回路における波長変更時のタイミングチャートである。図９は、第３実施形態に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る波長可変光源の制御装置および制御方法を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部の大きさやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る波長可変光源の制御装置の制御ブロックを示す図である。
図１に示すように、波長可変光源１００は、レーザモジュール１０と制御装置２０とに大きく分けられる。レーザモジュール１０は、制御装置２０からの制御に応じて所望の波長および強度のレーザ光を出力し、後段の通信機器等に当該レーザ光を供給する。制御装置２０は、例えばユーザーインターフェイスを備えた上位の制御装置と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザーからの指示に従って、レーザモジュール１０を制御する。なお、制御装置２０を構成する回路基板上にレーザモジュール１０を載置して、レーザモジュール１０と制御装置２０とを一体的にモジュール化することも可能である。

図１に示すように、レーザモジュール１０は、熱電素子１１を有し、熱電素子１１上に温度監視素子１２と半導体レーザ素子アレイ１３とアレイ導波路回折格子１４と半導体光増幅器１５と第１光検出器１６と第２光検出器１７と第３光検出器１８と波長依存素子１９とを備えている。

熱電素子１１は、たとえばペルチェ素子であり、供給する電流に応じて、熱電素子１１の上に配置された機器を冷却ないし加熱することができ、その温度は温度監視素子１２によって監視されている。温度監視素子１２は、例えばサーミスタを用いることができる。本構成では、熱電素子１１を用いて、半導体レーザ素子アレイ１３およびアレイ導波路回折格子１４と、半導体光増幅器１５、第１光検出器１６、第２光検出器１７、第３光検出器１８、および波長依存素子１９を温度制御することができる。

半導体レーザ素子アレイ１３は、例えばＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode：分布帰還型レーザダイオード）がアレイ状に配列された半導体素子である。半導体レーザ素子アレイ１３では、これらＤＦＢ−ＬＤの発振波長が３ｎｍ〜４ｎｍ程度の間隔でずらして設計されており、各ＤＦＢ−ＬＤの発振波長は、温度の変更によって３ｎｍ〜４ｎｍ程度の範囲で変更が可能である。したがって、熱電素子１１の上に配置された半導体レーザ素子アレイ１３は、各ＤＦＢ−ＬＤの切り替えおよび温度の変更の組み合わせによって、広範囲の波長帯にわたって発振波長を連続的に変更することが可能である。なお、ＷＤＭ通信用の波長帯域全体（例えば１．５３μｍ〜１．５６μｍのＣバンド又は１．５７μｍ〜１．６１μｍのＬバンド）をカバーするためには、それぞれ３ｎｍ〜４ｎｍの範囲内で発振波長を変化させることが可能な例えば１２個のＤＦＢ−ＬＤを用いればよい。

アレイ導波路回折格子１４は、光合波器の一種であり、光路差を設けた導波路をアレイ状に配置し、当該光路差による回折効果を利用して、光を合波する素子である。アレイ導波路回折格子１４は、半導体レーザ素子アレイ１３の各ＤＦＢ−ＬＤで発振したレーザ光を一つの導波路に合波するように配置されている。なお、半導体レーザ素子アレイ１３とアレイ導波路回折格子１４は同一基板上の半導体素子として構成することが可能である。

半導体光増幅器１５は、半導体レーザ素子アレイ１３からアレイ導波路回折格子１４を介して出射されたレーザ光を入射し、当該レーザ光を増幅した後に出射するための素子である。半導体光増幅器１５には、駆動電流が供給され、当該駆動電流の大きさに従ってレーザ光を増幅する利得が調節される。また、半導体光増幅器１５は、通常とは逆方向に電圧（これを逆バイアス電圧という）を印加することによって光遮断器（シャッター）として機能させることができる。半導体レーザ素子アレイ１３で発振するレーザ光の波長を変更する際には、半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加し、不必要なレーザ光が波長可変光源１００から出射されないようにする。なお、波長可変光源１００から出射するレーザ光の波長変更のプロセスは後に詳述するものとする。

第１光検出器１６、第２光検出器１７、および第３光検出器１８は、例えばフォトダイオードであり、入射された光の強度を検出し、検出結果を制御装置２０に送信することが可能なように構成されている。第１光検出器１６および第２光検出器１７は、半導体レーザ素子アレイ１３から出射されたレーザ光の波長を監視するためのものであり、第３光検出器１８は、半導体光増幅器１５から出射されたレーザ光の強度を監視するためのものである。

波長依存素子１９は、例えばエタロンフィルタであり、入射されるレーザ光の波長に依存して透過率が変わる素子である。第１光検出器１６は、半導体レーザ素子アレイ１３から出射されたレーザ光の強度を波長依存素子１９を介さず測定し、第２光検出器１７は、半導体レーザ素子アレイ１３から出射されたレーザ光の強度を波長依存素子１９を介して測定する。これにより、第１光検出器１６と第２光検出器１７とが検出したレーザ光の強度比から半導体レーザ素子アレイ１３から出射されたレーザ光の波長を測定することが可能となる。

制御装置２０は、デジタル演算器２１とレーザ素子制御回路２２と温度制御回路２３と光増幅器制御回路３０とを備えている。

デジタル演算器２１は、一般にＣＰＵと呼ばれるような演算素子であり、メモリに記憶された制御プログラムを実行するように構成されている。デジタル演算器２１は、レーザモジュール１０から受信した測定信号を解析し、レーザ素子制御回路２２、温度制御回路２３、および光増幅器制御回路３０に制御指令を送信する。

レーザ素子制御回路２２は、半導体レーザ素子アレイ１３におけるＤＦＢ−ＬＤの切り替えおよび駆動電流を制御するための制御回路である。温度制御回路２３は、熱電素子１１の温度を制御するための制御回路である。デジタル演算器２１は、温度監視素子１２、第１光検出器１６、第２光検出器１７、および第３光検出器１８からの測定信号を解析し、所望の波長のレーザ光を出力するように、半導体レーザ素子アレイ１３におけるＤＦＢ−ＬＤの切り替えおよび熱電素子１１の温度を制御するための制御信号をレーザ素子制御回路２２と温度制御回路２３とに送信し、所望の強度のレーザ光を出力するように、半導体レーザ素子アレイ１３に供給する駆動電流の大きさを制御するための制御信号をレーザ素子制御回路２２に送信する。

光増幅器制御回路３０は、半導体光増幅器１５の駆動電流の大きさを制御し、波長切り替え時には、半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加するための制御回路である。デジタル演算器２１は、第３光検出器１８からの測定信号を解析し、所望の強度のレーザ光を出力するように、半導体光増幅器１５の駆動電流の大きさを制御するための制御信号を光増幅器制御回路３０に送信し、波長切り替え時には、半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加するための制御信号を光増幅器制御回路３０に送信する。

図２は、第１実施形態に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図２に示す回路構成は、図１におけるデジタル演算器２１から半導体光増幅器１５までの光増幅器制御回路３０の概略構成を示すものである。

図２に示すように、光増幅器制御回路３０は、第１電圧源（Ｖ１）と第２電圧源（Ｖ２）と第３電圧源（Ｖ３）とを有する。第１電圧源（Ｖ１）は、通常の正の電位の電圧源である。第２電圧源（Ｖ２）は、接地電源（ＧＮＤ）であり、第１電圧源よりも電位が低い。第３電圧源（Ｖ３）は、接地電源（ＧＮＤ）である第２電圧源（Ｖ２）よりも電位が低い負電圧源である。

また、光増幅器制御回路３０は、第１電流制御素子３１と第１電流遮断素子３２と第１フィルタ３３と第１電流抑制手段３４とを備えている。

第１電流制御素子３１は、第１電圧源（Ｖ１）と半導体光増幅器１５との間の回路に配置され、第１電圧源（Ｖ１）から半導体光増幅器１５を介して第２電圧源（Ｖ２）に流れる電流を制御するためのものであり、例えば、いわゆるＦＥＴが用いられる。第１電圧源（Ｖ１）から半導体光増幅器１５を介して第２電圧源（Ｖ２）へ正方向Ｆに流れる電流は、半導体光増幅器１５における利得の大きさを決める駆動電流である。また、第１電流制御素子３１には、デジタル―アナログ変換器３５および第２フィルタ３６を介して、デジタル演算器２１から制御信号が送信される。したがって、第１電流制御素子３１は、デジタル演算器２１から受信した制御信号に従って、半導体光増幅器１５の駆動電流の大きさを制御するように構成されている。なお、デジタル―アナログ変換器３５は、デジタル演算器２１が出力するデジタル信号をアナログ信号へ変換するためのものであり、第２フィルタ３６は、半導体光増幅器１５の出力の立ち上がりおよび立ち下がりの時間を調整するためのものである。

第１電流遮断素子３２は、第３電圧源（Ｖ３）と半導体光増幅器１５との間の回路に配置され、第１電圧源（Ｖ１）および半導体光増幅器１５から第３電圧源（Ｖ３）に流れる電流を遮断するためのものであり、例えば、いわゆるＦＥＴが用いられる。第２電圧源（Ｖ２）から半導体光増幅器１５を介して第３電圧源（Ｖ３）へ逆方向Ｂに流れる電流は、半導体光増幅器１５の通常運転時には必要なく、波長切り替え時に、半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加するために用いられる。第１電流遮断素子３２は、デジタル演算器２１から受信した制御信号に従って、波長切り替え時に第３電圧源（Ｖ３）と半導体光増幅器１５との間の回路を導通する。一方、半導体光増幅器１５の通常運転時には、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）に流れる電流を遮断するために、第１電流遮断素子３２は遮断されている。

第１フィルタ３３は、第１電圧源（Ｖ１）と半導体光増幅器１５との間かつ第１電圧源（Ｖ１）と第３電圧源（Ｖ３）との間の回路に配置され、第１電圧源（Ｖ１）の電位変動の影響を平滑化するためのものである。第１電圧源（Ｖ１）は、一定の電位を保つように設計されてはいるものの、多かれ少なかれ電位に変動が生じ得る。第１電圧源（Ｖ１）は、半導体光増幅器１５に駆動電流を供給するための電源であるので、この電位が変動すると半導体光増幅器１５も駆動電流も変動することになる。結果、半導体光増幅器１５における利得も変動し、波長可変光源１００から出力されるレーザ光の強度も変動してしまうことになる。このような事態を防ぐために、第１フィルタ３３は、第１電圧源（Ｖ１）の電位に多少の変動が生じても、それを吸収し得るように、いわゆるローパスフィルタが用いられる。

第１電流抑制手段３４は、第３電圧源（Ｖ３）と半導体光増幅器１５との間かつ第１電圧源（Ｖ１）と第３電圧源（Ｖ３）との間の回路に配置され、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）に流れる電流を抑制するためのものであり、例えば抵抗器が用いられる。後に詳述するように、波長切り替え時には、第１電流制御素子３１を制御して駆動電流を停止し、第１電流遮断素子３２を制御して逆バイアス電圧を印加する。しかしながら、第１フィルタ３３および第２フィルタ３６の影響で、デジタル演算器２１が駆動電流を停止する制御信号を送信しても、瞬時に駆動電流が停止する訳ではない。そして、駆動電流が停止しきらない状態で第１電流遮断素子３２の回路を導通すると、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）に貫通電流が流れてしまうことになる。第１電流抑制手段３４は、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）に貫通電流が流れてしまうことを抑制するために電気抵抗を高める機能を担っている。結果、駆動電流を停止する制御信号を送信してから、駆動電流が停止するまでには数十μｓから５ｍｓ程度かかるため、それに対応する処理待ち時間が通常は発生するところ、本実施形態の制御装置２０ではこの待ち時間を、数十μｓ以下に短縮することができ、第１電流制御素子３１の制御から第１電流遮断素子３２の制御までの時間を短く設定できる。さらに、より好ましい設定として、この処理待ち時間を０秒にすること（制御信号を同時に送信すること）も可能である。

第１電流抑制手段３４における電気抵抗Ｒは、以下のように設定することができる。目標とする光遮断性能を得るために必要な半導体光増幅器１５の逆バイアスに必要な電流および電圧をそれぞれＩ_revおよびＶ_revとし、第１電流遮断素子３２のＯＮ抵抗の最大値をＲ_on＿maxとし、第３電圧源（Ｖ３）の負電位をＶ₃とする（第３電圧源（Ｖ３）の負電位であり、第２電圧源が接地であるため）と、第１電流抑制手段３４のおける電気抵抗Ｒの上限は、以下の関係式で定まる。尚、Ｒ_on＿maxの値としては、例えば数十Ωとすることができる。
Ｉ_revＲ＋Ｉ_revＲ_on＿max≦Ｖ₃−Ｖ_rev

また、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）に電流が流れてしまう際、電圧の容量を超過せず、かつ破損しないレベルの電流値に抑えること等が好ましいが、この場合に許容可能な電流値をＩ_maxとすると、第１電流制御素子３１および第１フィルタ３３の電気抵抗は可能な限り小さいことが望まれることから０Ωであるとし、第１電圧源（Ｖ３）の負電位をＶ₁とすると、第１電流抑制手段３４における電気抵抗Ｒの下限は、以下の関係式で定まる。尚、電気抵抗Ｒの下限値としては、例えば数Ωとすることができる。
Ｉ_maxＲ＋Ｉ_maxＲ_on＿max≧Ｖ₁＋Ｖ₃

上記の式からもわかるように、第１電流遮断素子３２のＯＮ抵抗を高めれば、第１電流抑制手段３４における電気抵抗Ｒを小さくすることも可能である。すなわち、本実施形態では、第１電流抑制手段３４は、独立した抵抗器であるものとして説明をしてきたが、第１電流遮断素子３２のＯＮ抵抗を高めることで、第１電流抑制手段３４を第１電流遮断素子３２の一部に組み入れることも可能である。また、第１電流遮断素子３２に用いるＦＥＴのゲート電圧を適切な値で止めることで、第１電流遮断素子３２の抵抗値を第１電流抑制手段３４における電気抵抗Ｒとして機能させることも可能である。

（制御方法）
ここで、実施形態に係る波長可変光源における波長変更時の制御方法について説明する。図３は、波長変更時の制御方法の手順を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、理解を容易ならしめるために図２に示した構成を参照するが、以下に説明する制御方法は、後に開示される実施形態においても同様に適用され得る。

図３に示すように、波長可変光源１００における波長変更時の制御方法は、ステップＳ１にて、半導体光増幅器１５の駆動電流の停止が行われる。具体的には、制御装置２０は、第１電流制御素子３１を制御して半導体光増幅器１５に流れる電流を停止する。

次に、ステップＳ２にて、半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧が印加される。具体的には、制御装置２０は、第１電流遮断素子３２における回路を導通して半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加する。この状態では、半導体光増幅器１５は光遮断器として機能し、半導体レーザ素子アレイ１３から出射されるレーザ光が装置の外へ出射されるのを遮断している。

次に、ステップＳ３にて、波長可変光源１００が出力するレーザ光の波長を変更する。このステップＳ３は、波長可変光源１００の構成にも依存するが、変更後の駆動条件の算出や、半導体レーザ素子アレイ１３におけるＤＦＢ−ＬＤの選択や、ＤＦＢ−ＬＤの温度の変更や、エタロンフィルタの温度の変更や、自動波長制御の開始など、一連の波長変更プロセスが含まれている。

その後、ステップＳ４にて、半導体光増幅器１５の逆バイアス電圧が解除される。具体的には、制御装置２０は、第１電流遮断素子３２における回路を遮断して半導体光増幅器１５の逆バイアス電圧の印加を解除する。

その後、ステップＳ５にて、半導体光増幅器１５へ駆動電流の供給が再開される。具体的には、第１電流制御素子３１を制御して半導体光増幅器１５に流れる電流を再開する。尚、本実施形態に係る波長可変光源における波長変更時の制御方法においては、後述する通り、駆動電流の供給再開を、逆バイアス電圧の解除と同時、またはより先に行なう様にしてもよい。

（効果の比較）
ここで、本実施形態の効果を検証するために比較例との比較を行う。図４は、比較例に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図５は、比較例に係る光増幅器制御回路における波長変更時のタイミングチャートであり、図６は、第１実施形態に係る光増幅器制御回路における波長変更時のタイミングチャートである。図２と図４とを比較すると解るように、比較例に係る光増幅器制御回路３０ａは、実施形態に係る光増幅器制御回路３０から第１電流抑制手段３４を取り除いたものであり、その他の構成については第１実施形態に係る光増幅器制御回路３０と同じであるのでその説明は省略する。

図５および図６には、それぞれ、波長変更時の光増幅器制御回路３０ａおよび光増幅器制御回路３０の（ａ）第１電圧源（Ｖ１）の電位、（ｂ）デジタル―アナログ変換器３５の出力電圧、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧、（ｄ）半導体光増幅器１５のアノード電極の電圧、（ｅ）第１電流遮断素子３２のゲート電圧、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流、（ｇ）第１電流遮断素子３２に流れる電流、（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流（アノードからカソードを＋とする）、（ｉ）半導体光増幅器１５から出力されるレーザ光の出力が、タイミングを合わせて並列に記載されている。横軸のタイミングＰ１〜Ｐ７は、それぞれ、Ｐ１：波長切替指令の受信時、Ｐ２：半導体光増幅器１５の電流停止指令時、Ｐ３：逆バイアス電圧印加の指令時、Ｐ４：レーザ光の出力が停止する時、Ｐ５：逆バイアス電圧の解除指令時、Ｐ６：駆動電流の再開指令時、Ｐ７：波長変更制御が終了する時である。

図５および図６に示すように、比較例および実施形態の何れにおいても、最初の波長切替指令の受信時（Ｐ１）では、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧は低い状態であり、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流は高い状態である。その後、デジタル演算器２１が半導体光増幅器１５の電流停止指令を送信すると、（ｂ）デジタル―アナログ変換器３５の出力電圧が高い状態に変化する。しかし、デジタル―アナログ変換器３５と第１電流制御素子３１のゲート電極の間には第２フィルタ３６が挿入されているので、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧は直ちに上昇せず、ある程度の勾配で上昇する。そして、これに合わせて、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流も直ちに減少はせず、ある程度の勾配で減少する。

ここで、図５に示すように、比較例に係る光増幅器制御回路３０ａでは、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が規定値（一般にはおよそ０ｍＡ）まで減少するまで待ってから、逆バイアス電圧印加の指令（Ｐ３）を行っていた。（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が規定値（一般にはおよそ０ｍＡ）まで減少することを待たずに、（ｅ）第１電流遮断素子３２のゲート電圧を上げる（回路を導通）と、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）へ大きな貫通電流が流れてしまうからである。

一方、図６に示すように、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０では、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が規定値（一般にはおよそ０ｍＡ）まで減少するのを待たずに、逆バイアス電圧印加の指令（Ｐ３）を行うことができる。この場合、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧と（ｅ）第１電流遮断素子３２のゲート電圧が同時に導通状態となり、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）へ貫通電流（図６中１点鎖線内）が流れることになるが、実施形態に係る光増幅器制御回路３０では、第１電流抑制手段３４が設けられているので、（ｇ）第１電流遮断素子３２に流れる電流（Ｉｐｅｎ＿Ｃ１）が許容電流（Ｉｐｍａｘ）以下に抑えられている。

したがって、図５と図６を比較すると解るように、実施形態に係る光増幅器制御回路３０では、比較例に係る光増幅器制御回路３０ａよりも、逆バイアス電圧印加の指令（Ｐ３）のタイミングを早めることができ、これに伴いレーザ光の出力が停止する時（Ｐ４）も早まる。

駆動電流の再開時にも同様なことがいえる。

図５に示すように、比較例に係る光増幅器制御回路３０ａでは、逆バイアス電圧の解除指令時（Ｐ５）から、（ｄ）半導体光増幅器１５のアノード電極の電圧および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が負から零まで戻るまで待って、駆動電流の再開指令（Ｐ６）を行っていた。

一方、図６に示すように、実施形態に係る光増幅器制御回路３０では、（ｄ）半導体光増幅器１５のアノード電極の電圧および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が負から零まで戻るのを待たず、逆バイアス電圧の解除指令時（Ｐ５）と同時またはより先に駆動電流の再開指令（Ｐ６）を行うことができる。この場合、（ｄ）半導体光増幅器１５のアノード電極の電圧がまだ負なので、（ｆ）第１電流制御素子３１および（ｇ）第１電流遮断素子３２に突入電流（図６中２点鎖線内）が流れてしまうが、この突入電流の大きさは許容範囲内のものである。

以上、図５と図６を比較すると解るように、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０では、比較例に係る光増幅器制御回路３０ａよりも、逆バイアス電圧印加の指令（Ｐ３）のタイミングを早めることができ、かつ、駆動電流の再開指令（Ｐ６）のタイミングを早めることができる。したがって、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０では、比較例に係る光増幅器制御回路３０ａよりも、半導体光増幅器１５に印加する電圧の方向を反転する時間を短縮することができるので、レーザ光の波長切換の全体時間も短縮することができる。

（第２実施形態）
ここで、第２実施形態に係る波長可変光源の制御装置について説明する。第２実施形態に係る波長可変光源の制御装置は、光増幅器制御回路の構成以外は第１実施形態と同じであるので、ここでは、第２実施形態に係る光増幅器制御回路の構成および波長変更時のタイミングチャートのみ開示する。

図７は、第２実施形態に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図７に示す光増幅器制御回路３０ｂの回路構成は、図１におけるデジタル演算器２１から半導体光増幅器１５までの光増幅器制御回路３０に対応するものである。また、図７と図２とを比較すると解るように、第２実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂは、第１実施形態に係る光増幅器制御回路３０から第２フィルタ３６を取り除いた構成である。したがって、第２実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂにおけるその他の構成は、第１実施形態に係る光増幅器制御回路３０と同じであるのでその説明を省略する。

図８は、第２実施形態に係る光増幅器制御回路における波長変更時のタイミングチャートである。図８には、図５および図６と同様に、（ａ）〜（ｉ）のタイミングチャートが記載されており、その凡例は図５および図６と同様である。

図８に示すように、第２実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでも、最初の波長切替指令の受信時（Ｐ１）では、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧は低い状態であり、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流は高い状態である。

一方、第２実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでは、第２フィルタ３６が設けられていないので、デジタル演算器２１が半導体光増幅器１５の電流停止指令を送信すると、（ｂ）デジタル―アナログ変換器３５の出力電圧が高い状態に変化すると同時に、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧も直ちに上昇する。先述したように、第２フィルタ３６は、半導体光増幅器１５の出力の立ち上がりおよび立ち下がりの速度を調整するためのものであるので、用途によっては、第２フィルタ３６を必要としないこともある。

しかしながら、第２フィルタ３６が設けられていなくとも、第２実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂも第１フィルタ３３が設けられているので、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流も直ちには減少しない。したがって、第２実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでも、第１電流抑制手段３４が設けられていることの効果を享受できる。

すなわち、図８に示すように、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでも、（ｆ）第１電流制御素子３１に流れる電流および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が規定値（一般にはおよそ０ｍＡ）まで減少するのを待たずに、逆バイアス電圧印加の指令（Ｐ３）を行うことができる。この場合、（ｃ）第１電流制御素子３１のゲート電圧と（ｅ）第１電流遮断素子３２のゲート電圧が同時に導通状態となり、第１電圧源（Ｖ１）から第３電圧源（Ｖ３）へ貫通電流（図６中１点鎖線内）が流れることになるが、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでは、第１電流抑制手段３４が設けられているので、（ｇ）第１電流遮断素子３２に流れる電流（Ｉｐｅｎ＿Ｃ１）が許容電流（Ｉｐｍａｘ）以下に抑えられている。また、図８に示すように、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでも、（ｄ）半導体光増幅器１５のアノード電極の電圧および（ｈ）半導体光増幅器１５に流れる電流が負から零まで戻るのを待たず、逆バイアス電圧の解除指令時（Ｐ５）と同時またはより先に、駆動電流の再開指令（Ｐ６）を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでも、逆バイアス電圧印加の指令（Ｐ３）のタイミングを早めることができ、かつ、駆動電流の再開指令（Ｐ６）のタイミングを早めることができる。したがって、本実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｂでは、半導体光増幅器１５に印加する電圧の方向を反転する時間を短縮することができるので、レーザ光の波長切換の全体時間も短縮することができる。

（第３実施形態）
ここで、第３実施形態に係る波長可変光源の制御装置について説明する。第３実施形態に係る波長可変光源の制御装置は、光増幅器制御回路の構成以外は第１実施形態と同じであり、制御タイミングも同じであるので、ここでは、第３実施形態に係る光増幅器制御回路の構成のみ開示する。

図９は、第３実施形態に係る光増幅器制御回路の回路構成を概略的に示す図である。図９に示す光増幅器制御回路３０ｃの回路構成は、図１におけるデジタル演算器２１から半導体光増幅器１５までの光増幅器制御回路３０に対応するものである。

図９に示すように、光増幅器制御回路３０ｃは、第１電圧源（Ｖ１）と第２電圧源（Ｖ２）と第３電圧源（Ｖ３）と第４電圧源（Ｖ４）を有する。第１電圧源（Ｖ１）および第４電圧源（Ｖ４）は、通常の正の電位の電圧源であり、共通の電源とすることも可能である。第２電圧源（Ｖ２）および第３電圧源（Ｖ３）は、接地電源（ＧＮＤ）であり、第１電圧源（Ｖ１）および第４電圧源（Ｖ４）よりも電位が低い。

図９と図２を比較すると解るように、光増幅器制御回路３０ｃは、第１実施形態では負電圧源であった第３電圧源（Ｖ３）が接地電源（ＧＮＤ）となっている。一般に、負電圧源は用途が少ないので、これを回路内に設けるのは装置を割高にしてしまう。第３実施形態に係る光増幅器制御回路３０ｃは、負電圧源を必要としない点で、第１実施形態に係る光増幅器制御回路３０よりも有利である。

また、図９に示すように、光増幅器制御回路３０ｃも、第１実施形態と同様に、第１電流制御素子３１と第１電流遮断素子３２と第１フィルタ３３と第１電流抑制手段３４とを備えている。また、第１電流制御素子３１には、デジタル―アナログ変換器３５および第２フィルタ３６を介して、デジタル演算器２１から制御信号が送信される。これら第１電流制御素子３１、第１電流遮断素子３２、第１フィルタ３３、第１電流抑制手段３４、デジタル―アナログ変換器３５、および第２フィルタ３６の機能は第１実施形態と同じであるので説明は省略する。

一方、図９に示すように、光増幅器制御回路３０ｃでは、第１実施形態の構成に加えて、第２電流遮断素子３７と第３電流遮断素子３８と第２電流抑制手段３９とをさらに備えている。

第２電流遮断素子３７は、第４電圧源（Ｖ４）と半導体光増幅器１５との間の回路に配置され、第４電圧源（Ｖ４）から半導体光増幅器１５に流れる電流を遮断するためのものであり、例えば、いわゆるＦＥＴが用いられる。第４電圧源（Ｖ４）から半導体光増幅器１５を介して第３電圧源（Ｖ３）へ逆方向Ｂに流れる電流は、半導体光増幅器１５の通常運転時には必要なく、波長切り替え時に、半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加するために用いられる。光増幅器制御回路３０ｃでは、第３電圧源（Ｖ３）が接地電源であるので、第２電圧源（Ｖ２）から第３電圧源（Ｖ３）へは電流が流れない。そこで、光増幅器制御回路３０ｃでは、第４電圧源（Ｖ４）から半導体光増幅器１５を介して第３電圧源（Ｖ３）へ逆方向Ｂに流れる電流を用いて半導体光増幅器１５に逆バイアス電圧を印加する。なお、第２電流遮断素子３７は、デジタル演算器２１から受信した制御信号に従って、波長切り替え時に第４電圧源（Ｖ４）と半導体光増幅器１５との間の回路を導通する。

第３電流遮断素子３８は、第２電圧源（Ｖ２）と半導体光増幅器１５との間かつ第４電圧源（Ｖ４）と第２電圧源（Ｖ２）との間の回路に配置され、第４電圧源（Ｖ４）から第２電圧源（Ｖ２）へ流れる電流を遮断するためのものであり、例えば、いわゆるＦＥＴが用いられる。上記のように、光増幅器制御回路３０ｃでは、第４電圧源（Ｖ４）から半導体光増幅器１５を介して第３電圧源（Ｖ３）へ逆方向Ｂに電流が流れる必要がある。そこで、波長切り替え時に、第３電流遮断素子３８が遮断され、第４電圧源（Ｖ４）から第２電圧源（Ｖ２）へ流れる電流が遮断される。

第２電流抑制手段３９は、第４電圧源（Ｖ４）と半導体光増幅器１５との間かつ第４電圧源（Ｖ４）と第２電圧源（Ｖ２）との間の回路に配置され、第４電圧源（Ｖ４）から第２電圧源（Ｖ２）に流れる電流を抑制するためのものであり、例えば抵抗器が用いられる。上記のように、光増幅器制御回路３０ｃでは、波長切り替え時に、第２電流遮断素子３７が導通され、第３電流遮断素子３８が遮断され、その後、第２電流遮断素子３７が遮断され、第３電流遮断素子３８が導通される。したがって、待ち時間を設けないと第４電圧源（Ｖ４）から第２電圧源（Ｖ２）へ大きな貫通電流が流れてしまう虞があるが、第２電流抑制手段３９は、この貫通電流を許容範囲内に抑えるために設けられている。

なお、第２電流抑制手段３９における電気抵抗の大きさは、第１電流抑制手段３４の場合と同様に、第４電圧源（Ｖ４）の電位や第２電流遮断素子３７のＯＮ抵抗や半導体光増幅器１５の逆バイアスに必要な電流および電圧などから決定することが可能である。また、第２電流遮断素子３７のＯＮ抵抗を高めれば、第２電流抑制手段３９における電気抵抗を小さくすることも可能であり、第２電流遮断素子３７のＯＮ抵抗を高めることや、第２電流遮断素子３７のゲート電圧を適切な値で止めることで、第２電流遮断素子３７の電気抵抗を第２電流抑制手段３９における電気抵抗として機能させることも可能である。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、上記説明した実施形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、第３実施形態は、第１実施形態における負電圧源を接地電源に変更したものだが、同様に第２実施形態における負電圧源を接地電源に変更する実施形態を構成することも可能である。また、本発明は、波長切替処理に限定するものではなく、逆バイアスの印加および解除動作を伴う、光出力のＯＦＦ／ＯＮ処理の高速化にも適用可能である。上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。

１００波長可変光源
１０レーザモジュール
１１熱電素子
１２温度監視素子
１３半導体レーザ素子アレイ
１４アレイ導波路回折格子
１５半導体光増幅器
１６第１光検出器
１７第２光検出器
１８第３光検出器
１９波長依存素子
２０制御装置
２１デジタル演算器
２２レーザ素子制御回路
２３温度制御回路
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ光増幅器制御回路
３１第１電流制御素子
３２第１電流遮断素子
３３第１フィルタ
３４第１電流抑制手段
３５デジタル―アナログ変換器
３６第２フィルタ
３７第２電流遮断素子
３８第３電流遮断素子
３９第２電流抑制手段

Claims

半導体レーザ素子と前記半導体レーザ素子が発振するレーザ光を増幅する半導体光増幅器とを有する波長可変光源の制御装置であって、
第１電圧源と、
前記第１電圧源よりも電位が低い第２電圧源と、
前記第２電圧源よりも電位が低いまたは等しい第３電圧源と、
前記第１電圧源と前記半導体光増幅器との間の回路に配置され、前記第１電圧源から前記半導体光増幅器を介して前記第２電圧源に流れる電流を制御する第１電流制御素子と、
前記第３電圧源と前記半導体光増幅器との間の回路に配置され、少なくとも前記第１電圧源から前記第３電圧源に流れる電流を遮断する第１電流遮断素子と、
前記第１電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第１電圧源と前記第３電圧源との間の回路に配置される第１のローパスフィルタと、
前記第３電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第１電圧源と前記第３電圧源との間の回路に配置され、前記第１電圧源から前記第３電圧源に流れる電流を抑制する第１電流抑制手段と、
を備えることを特徴とする波長可変光源の制御装置。
前記第２電圧源は、接地電源であり、前記第３電圧源は、負電圧源である、ことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源の制御装置。
前記第２電圧源よりも電位が高い第４電圧源と、
前記第４電圧源と前記半導体光増幅器との間の回路に配置され、前記第４電圧源から前記半導体光増幅器に流れる電流を遮断する第２電流遮断素子と、
前記第２電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第４電圧源と前記第２電圧源との間の回路に配置され、前記第４電圧源から前記第２電圧源へ流れる電流を遮断する第３電流遮断素子と、
前記第４電圧源と前記半導体光増幅器との間かつ前記第４電圧源と前記第２電圧源との間の回路に配置され、前記第４電圧源から前記第２電圧源に流れる電流を抑制する第２電流抑制手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源の制御装置。
前記第１電圧源および前記第４電圧源は、電位が等しく、
前記第２電圧源および前記第３電圧源は、接地電源である、
ことを特徴とする請求項３に記載の波長可変光源の制御装置。
前記第１電流制御素子の応答性を調節する第２のローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の波長可変光源の制御装置。
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の波長可変光源の制御装置を用いた波長可変光源の制御方法であって、
前記第１電流制御素子を制御して前記半導体光増幅器に流れる電流を停止する駆動電流停止ステップと、
前記第１電流遮断素子を導通して前記半導体光増幅器に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加ステップと、
前記半導体レーザ素子が発振するレーザ光の波長を変更するチューニングステップと、
前記第１電流遮断素子を遮断して前記半導体光増幅器の逆バイアス電圧の印加を解除する逆バイアス解除ステップと、
前記第１電流制御素子を制御して前記半導体光増幅器に流れる電流を再開する駆動電流再開ステップと、
を有することを特徴とする波長可変光源の制御方法。